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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y
AGROINDUSTRIAL
“ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS DE PINTURAS
CON PIGMENTOS NANOPARTICULADOS DE ÓXIDO DE ZINC Y
DIÓXIDO DE TITANIO EN LAS CIUDADES DE ESMERALDAS Y
SANTO DOMINGO”
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO
QUÍMICO
DARWIN REMIGIO OLMOS ÁLVAREZ
dardarwincito@yahoo.com
DIRECTOR: ING. MIGUEL FERNANDO ALDÁS CARRASCO
miguel.aldas@epn.edu.ec
Quito, marzo 2014
©Escuela Politécnica Nacional (2014) Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo, Darwin Remigio Olmos Álvarez, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
Darwin Remigio Olmos Álvarez
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Darwin Remigio Olmos Álvarez, bajo mi supervisión.
______________________________
Ing. Miguel Aldás DIRECTOR DE PROYECTO
AUSPICIO
La presente investigación contó con el auspicio financiero del proyecto (3303.14 UNESCO), que se ejecutó en el Centro de Investigaciones Aplicadas de Polímetros del Departamento de Ciencia de Alimentos y Biotecnología.
AGRADECIMIENTOS
Principalmente agradezco a mi Dios arquitecto del universo, el cual con su infinita
gracia me brindó el regalo de la vida y la oportunidad de crecer en este hermoso
país.
Agradezco a todos mis distinguidos mentores los cuales a través de distintas
etapas en mi desarrollo tanto humano como profesional, han logrado sembrar
hábitos, valores y principios que hoy en día son el pilar sobre el cual sustento mis
acciones y decisiones.
A la prestigiosa Escuela Politécnica Nacional, la mejor universidad del Ecuador,
lugar donde me forme profesionalmente y realice el presente proyecto de
titulación.
A mis directores de tesis Ing. Miguel Aldás y al Dr. Francisco Cadena, por el
apoyo que me brindaron durante la realización del proyecto y principalmente la
paciencia que me han tenido.
Al tribunal de evaluación Ing. Edison Acosta y al Ing. Vladimir Valle, por formar
parte del proyecto de titulación y aportar con sus conocimientos y experiencia en
el desarrollo del mismo.
DEDICATORIA
Este trabajo lo dedico a mi madre Inés quien me ha bridado todo el cariño
incondicional desde el día en que nací, a mi padre Leonardo quien me enseño a
ser tenaz, responsable, organizado y principalmente a jamás rendirme “Ni un paso
para atrás. Ni para tomar impulso”.
A mi esposa Danielita, quien me ha acompañado a lo largo de mis estudios
universitarios apoyándome, presionándome y sobre todo brindándome su amor y
comprensión.
A mis hermanos los cuales siempre me ayudan sin peros ni porqués.
A toda mi familia que siempre estuvieron presionando y cuando la tesis, ya está
que se gradué, cuando hacemos la fiesta…. ¡Por fin me graduó!
A mis amigos, todos ellos, no los nombro porque seguro me voy a olvidar de
alguno.
Y como no dedicar este trabajo a mi querido Colegio el Patrón Mejía. “Per Aspera
Ad Astra”. Por el áspera pendiente hacia la cumbre; cuando el camino de la vida
es difícil se aprende a templar más el alma y los Mejías tenemos el alma de acero
para llegar por si solos hacia las estrellas.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN xvii INTRODUCCIÓN xix
1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1
1.1 Corrosión atmosférica de los metales 1 1.1.1. Definición de corrosión 1 1.1.2. Corrosión atmosférica 1 1.1.3. Mecanismos de corrosión 3 1.1.4. Mecanismos de corrosión metálica 3 1.1.4.1. Corrosión del hierro en medio acuoso 5 1.1.4.2. Efecto de la humedad en el proceso de corrosión 7 1.1.4.3. Efectos de los contaminantes atmosféricos en el
proceso de corrosión 8
1.1.5. Tipos de corrosión metálica 9 1.1.5.1. Corrosión uniforme 9 1.1.5.2. Corrosión galvánica 10 1.1.5.3. Corrosión por aireación diferencial 10 1.1.5.4. Corrosión por Picaduras o “Lifting” 11 1.1.5.5. Corrosión intergranular 12 1.1.5.6. Corrosión selectiva 12 1.1.5.7. Corrosión por erosión 13 1.1.5.8. Corrosión bajo tensiones 13 1.1.6. Control de la corrosión metálica 14 1.1.6.1. Selección de materiales 14 1.1.6.2. Alteración de ambientes 14 1.1.6.3. Protección Catódica 15 1.1.6.4. Protección anódica 15 1.1.6.5. Recubrimientos 16 1.1.6.6. Recubrimientos metálicos 16 1.1.6.7. Recubrimientos inorgánicos 16 1.1.6.8. Recubrimientos orgánicos 16 1.1.6.9. Diseño 16
1.2 Protección metálica utilizando sistemas de pinturas anticorrosivas 17 1.2.1. Sistemas de pinturas anticorrosivas 17 1.2.1.1. Definición general 17 1.2.1.2. Principales componentes de los sistemas de
pinturas anticorrosivas 17
1.2.1.3. Concentración de pigmento en volumen PVC y concentración crítica de pigmento en volumen PVCC
17
ii
1.2.2. Resinas alquídicas 18 1.2.2.1. Definición 18 1.2.2.2. Clases de resinas alquídicas 19 1.2.2.3. Degradación de las resinas alquídicas 19 1.2.2.4. Análisis instrumental de las resinas alquídicas 20 1.2.3. Pigmentos anticorrosivos 21 1.2.3.1 Definiciones generales 21 1.2.3.2 Mecanismos de protección de los pigmentos
anticorrosivos 21
1.2.3.3 Pigmentos anticorrosivos nanoparticulados 22 1.2.3.4 Dióxido de titanio nanoparticulado 23 1.2.3.5 Óxido de zinc nanoparticulado 24 1.2.4. Principales fallos en los sistemas de pinturas 24 1.2.4.1 Tizado 24 1.2.4.2 Cuarteado 25 1.2.4.3 Agrietado 25 1.2.4.4 Ampollamiento 25 1.2.4.5 Deslaminación 26 1.2.5. Degradación de los sistemas de pinturas por factores
ambientales 26
1.2.5.1 Oxígeno en el aire 26 1.2.5.2 Luz solar 26 1.2.5.3 Variación de temperatura 27 1.2.5.4 Humedad 27 1.2.5.5 Zonas costeras 27
1.3 Ensayos de degradación acelerada en cámara de niebla salina y en cámara de arco de xenón
27
1.3.1. Ensayos acelerados en cámara salina 28 1.3.1.1. Estándar ASTM B117 28 1.3.1.2. ASTM G85-09 A.5 “Prohesion” 29 1.3.2. Ensayos acelerados en cámara de arco de xenón 30 1.3.2.1. Estándar ASTM D6695-03b 30
2.
PARTE EXPERIMENTAL
31
2.1 Materiales y equipos 31 2.1.1. Probetas de ensayo 31 2.1.2. Preparación y aplicación de los sistemas de pinturas 31 2.1.2.1. Preparación de los sistemas de pinturas 31 2.1.2.2. Preparación de la superficie de las láminas de las
probetas de ensayo antes de la aplicación del recubrimiento
33
2.1.2.3. Aplicación de los sistemas de pinturas 34 2.1.3. Pupitres porta probetas 35
iii
2.2. Evaluación del deterioro de los sistemas de pinturas en las distintas atmósferas
36
2.2.1. Atmósfera industrial (estación Colegio Tello) 36 2.2.2. Atmósfera marina (estación Capitanía del Puerto) 36 2.2.3. Atmósfera subtropical (estación Santo Domingo) 37 2.2.4. Metodología utilizada en la evaluación 37 2.2.4.1. Descripción de los estándares ASTM 38 2.2.4.2. Evaluación microscópica 40 2.2.4.3. Espectroscopía de infrarrojos 40
2.3. Análisis del comportamiento de los sistemas de pinturas expuestos a ensayos acelerados de corrosión en cámara salina y cámara de arco de Xenón
42
2.3.1. Ensayos acelerados en cámara de niebla salina 42 2.3.1.1. Ensayo cíclico Prohesion (estándar ASTM G85-02) 42 2.3.1.2. Ensayo correspondiente al estándar ASTM B117-
11 43
2.3.2. Ensayos acelerados en cámara de arco de Xenón 43 2.3.2.1. Evaluación de ensayos realizados en cámara de
arco de Xenón 44
2.4. Comparación y correlación de resultados 45
2.5. Análisis del comportamiento del recubrimiento menos resistente a la corrosión sujeto a ensayos acelerados
46
2.5.1. Determinación del área degradada utilizando el programa Autocad
46
2.5.2. Determinación del área degradada utilizando el programa Corel Draw Photo Paint X6
47
2.5.2.1. Suavizado de la imagen 48 2.5.2.2. Determinación del número de pixeles de toda la
imagen 48
2.5.2.3. Cambio de color de la zona deteriorada 49 2.5.2.4. Determinación del número de pixeles de la zona
degradada 50
2.5.3. Análisis estadístico de los resultados 51 2.5.4. Determinación del factor de correlación entre los ensayos de
campo y los ensayos acelerados para el recubrimiento comercial
52
2.6. Determinación de la viabilidad económica 52 2.6.1. Determinación del precio referencial de la pintura que
contiene dióxido de titanio nanoparticulado 53
2.6.2. Determinación del costo de aplicación de los recubimientos 54
iv
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 57
3.1 Resultados de la evaluación de los sistemas de pinturas en las distintas atmósferas
57
3.1.1. Resultados de la evaluación microscópica 63 3.1.2. Resultados de la espectroscopia de infrarrojos 69 3.1.2.1. Análisis del Recubrimiento 1 (TiO2 nano) 71 3.1.2.2. Análisis del Recubrimiento 6 (resina) 72
3.2. Resultados del análisis del comportamiento de los sistemas de pinturas expuestos a los ensayos acelerados de corrosión
73
3.2.1. Análisis del ensayo cíclico Prohesion 73 3.2.2. Análisis del ensayo de niebla salina (B -117) 77 3.2.3. Análisis del ensayo en cámara de arco de xenón 78
3.3. Comparación y correlación de resultados 79
3.4. Resultados del análisis del comportamiento del recubrimiento menos resistente a la corrosión sujeto a ensayos acelerados
81
3.4.1. Resultados del análisis de degradación utilizando el estándar ASTM D610
82
3.4.2. Resultados del análisis de degradación utilizando el software informático
90
3.4.3. Comparación de los resultados de la evaluación utilizando el estándar a ASTM D6010 con la evaluación utilizando el programa Corel Photo Paint
97
3.4.4. Comparación de los resultados del ensayo correspondiente al recubrimiento comercial sujeto a ensayos acelerados de degradación con los resultados del ensayo de campo y determinación del factor de degradación
104
3.5. Resultados de la determinación de la viabilidad económica 108 3.5.1. Precio referencial del recubrimiento 1 que incorpora
pigmento nanoparticulado en su formulación 108
3.5.2. Costo de aplicación de los recubrimientos 1 y 5 sobre láminas de 109 acero al carbono
109
3.5.3. Análisis del costo beneficio de aplicar el recubrimiento nanoparticulado de dióxido de titanio
110
4.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
111
4.1. Conclusiones 111
4.2. Recomendaciones 114
v
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 116
ANEXOS
120
vi
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 2.1. Equipos utilizados para la preparación de los sistemas de pinturas 32
Tabla 2.2. Principales componentes de los recubrimientos 33
Tabla 2.3. Grado de corrosión según el estándar ASTM D610 38
Tabla 2.3. Grado de corrosión según el estándar ASTM D610 (continuación…)
39
Tabla 2.4. Especificaciones del microscopio óptico 40
Tabla 2.5. Condiciones de exposición ensayo cíclico Prohesion 42
Tabla 2.6. Pasos y parámetros del estándar ASTM G85-02 43
Tabla 2.7. Condiciones de exposición y parámetros estándar ASTM B117-11 43
Tabla 2.8. Condiciones de exposición de la cámara de arco de Xenón 44
Tabla 2.9. Pasos y parámetros del ciclo de la cámara de arco de Xenón 44
Tabla 2.10. Características de diferencia de color, tolerancia y valor de solidez de la escala de grises
45
Tabla 2.11. Costos de materia prima 53
Tabla 2.12. Costos indirectos de fabricación 54
Tabla 2.13. Costos de mano de obra 54
Tabla 2.14. Costos de los insumos utilizados en la aplicación del recubrimiento
55
Tabla 2.15. Costos de aplicación del recubrimiento 55
Tabla 3.1. Porcentaje de corrosión obtenido mensualmente según el estándar ASTM D610 en la estación Colegio Tello
57
Tabla 3.2. Porcentaje de corrosión obtenido mensualmente según el estándar ASTM D610 en la estación Capitanía del Puerto
58
vii
Tabla 3.3. Porcentaje de corrosión obtenido mensualmente según el estándar ASTM D610 en la estación Santo Domingo
59
Tabla 3.4. Grupos funcionales identificados en los recubrimientos 70
Tabla 3.5. Resultados del análisis de grupos funcionales del espectro de infrarrojos del recubrimiento 1 (TiO2 nano)
71
Tabla 3.6. Resultados del análisis de grupos funcionales del espectro de infrarrojos del recubrimiento 6 (resina)
72
Tabla 3.7. Resultados de la evaluación con escala de grises de las placas expuestas a la cámara de arco de Xenón luego de 300 horas de exposición
78
Tabla 3.8. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al primer ensayo acelerado B117 por medio del estándar ASTM D610
83
Tabla 3.9. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al segundo ensayo acelerado B117 por medio del estándar ASTM D610
85
Tabla 3.10. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al tercer ensayo acelerado B117 por medio del estándar ASTM D610
87
Tabla 3.11. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al primer ensayo acelerado B117 por medio del programa Corel Photo Paint
91
Tabla 3.12. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al segundo ensayo acelerado B117 por medio del programa Corel Photo Paint
93
Tabla 3.13. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al tercer ensayo acelerado B117 por medio del programa Corel Photo Paint
95
Tabla 3.14. Resultados de la comparación de la degradación obtenidos en el ensayo de campo y en el ensayo acelerado
107
Tabla 3.15. Factores de correlación del ensayo acelerado con el ensayo de campo
107
viii
Tabla 3.16. Costo de producción de mil unidades (litro) del recubrimiento 1 fabricadas durante un mes
108
Tabla 3.17. Precio de venta al público de cada litro del recubrimiento 1 109
Tabla 3.18. Costo de aplicación de los recubrimientos 1 y 5 por metro cuadrado de superficie
109
Tabla 3.19. Costo del material recubierto 109
Tabla 3.20. Comparación del costo de los recubrimientos 1 y 5 asociado a los porcentajes de degradación
110
Tabla AIII.1. Costos de materia prima 144
Tabla AIII.2. Costos indirectos de fabricación 145
Tabla AIII.3. Costos de mano de obra 145
Tabla AIII.4. Costo de producción de mil unidades (litros) del recubrimiento 1 fabricadas durante un mes
146
Tabla AIII.5. Precio de venta al público de cada litro del recubrimiento 1 (TiO2 nano)
146
Tabla AIII.6. Costos de los insumos utilizados en la aplicación del recubrimiento
147
Tabla AIII.7. Costos de aplicación del recubrimiento 148
Tabla AIII.8. Costo de aplicación de los recubrimientos 1 y 5 por metro cuadrado de superficie
148
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1.1. Corrosión de metales 4
Figura 1.2. Esquema general de la corrosión sobre el hierro 7
Figura 1.3. Corrosión galvánica entre la ferrita y la cementita 10
Figura 1.4. Ilustración esquemática del mecanismo de aireación diferencial entre dos láminas atornilladas
11
Figura 1.5. Picadura en una lámina de acero inoxidable 12
Figura 1.6. Fotografía microscópica de la corrosión intergranular del zinc 13
Figura 1.7. Protección catódica de un metal por una fuente de corriente continua
15
Figura 1.8. Espectro FTIR de un resina alquídica 20
Figura 1.9. Esquema de una cámara salina 29
Figura 2.1. Dispersor de alta velocidad (cowles) 32
Figura 2.2. Porta probetas ubicado en la estación Santo Domingo 35
Figura 2.3. Escala de grises NBS 45
Figura 2.4. Selección del área degradada utilizando el programa Autocad 47
Figura 2.5. Suavizado de la imagen 48
Figura 2.6. Recuento total de pixeles de la imagen de la probeta de ensayo 49
Figura 2.7. Cambio de color de las zonas que mostraron degradación en la probeta
50
Figura 2.8. Cambio de color de las zonas con corrosión de la fotografía al microscopio con aumento X10 del recubrimiento comercial
50
Figura 2.9. Obtención de la máscara en la zona degradada 51
x
Figura 3.1. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado anterior de los recubrimientos en la estación Colegio Tello
60
Figura 3.2 Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado anterior de los recubrimientos en la estación Capitanía del Puerto
61
Figura 3.3. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado anterior de los recubrimientos en la estación Santo Domingo
61
Figura 3.4. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado posterior de los recubrimientos en la estación Colegio Tello
62
Figura 3.5. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado posterior de los recubrimientos en la estación Capitanía del Puerto
62
Figura 3.6. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado63 posterior de los recubrimientos en la estación Santo Domingo
63
Figura 3.7. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Colegio Tello
64
Figura 3.7. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Colegio Tello (Continuación…)
65
Figura 3.8. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Capitanía del Puerto
66
Figura 3.8. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Capitanía del Puerto (Continuación…)
67
Figura 3.9. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Santo Domingo
67
Figura 3.9. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Santo Domingo (Continuación…)
68
Figura 3.10. Fotografía microscópica del recubrimiento 2 (ZnO nano) a los seis meses de exposición
69
Figura 3.11. Comparación del lado anterior con el lado posterior del recubrimiento 1 y del recubrimiento 5
75
xi
Figura 3.12. Evaluación del porcentaje de corrosión de los recubrimientos expuestos en el ensayo Prohesion a las 600 horas
76
Figura 3.13. Porcentaje de corrosión de los recubrimientos expuestos en función del tiempo de exposición al ensayo Prohesión
76
Figura 3.14. Evaluación del porcentaje de corrosión de los recubrimientos expuestos en el ensayo B-117 a las 177 horas
77
Figura 3.15. Porcentaje de degradación del lado anterior de los recubrimientos en las distintas atmósferas
79
Figura 3.16. Porcentaje de degradación del lado posterior de los recubrimientos en las distintas atmósferas
80
Figura 3.17. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 25 y 61 horas de exposición para el primer ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
84
Figura 3.18. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 22 y 23 horas de exposición para el segundo ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
86
Figura 3.19. Diagramas de caja del grupo de datos de la evaluación realizada a las 169 horas de exposición para el segundo ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
86
Figura 3.20. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 4.5 y 5.5 horas de exposición para el tercer ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
88
Figura 3.21. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 6.5 y 7.5 horas de exposición para el tercer ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
88
Figura 3.22. Diagramas de caja del grupo de datos de la evaluación realizada a las 169 horas de exposición para el tercer ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
89
Figura 3.23. Variación del porcentaje de corrosión de los tres ensayos del recubrimiento comercial, sujeto al estudio acelerado de corrosión evaluado por medio del estándar ASTM D610
89
xii
Figura 3.24. Variación del porcentaje de corrosión de los tres ensayos del recubrimiento comercial, sujeto al estudio acelerado de corrosión durante las primeras 24 horas de exposición evaluado por medio del estándar ASTM D610
90
Figura 3.25. Diagrama de caja del grupos de datos de la evaluación realizada a las 25 horas de exposición del primer ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
92
Figura 3.26. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 22 y 23 horas de exposición del segundo ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
92
Figura 3.27. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 121 y 144 horas de exposición del segundo ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
94
Figura 3.28. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 4.5 y 5.5 horas de exposición del segundo ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
94
Figura 3.29. Diagrama de caja del grupos de datos de la evaluación realizada a las 152 horas de exposición del primer ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
96
Figura 3.30. Variación del porcentaje de corrosión de los tres ensayos del recubrimiento comercial, sujeto al estudio acelerado de corrosión evaluado por medio del programa Corel Photo Paint
96
Figura 3.31. Variación del porcentaje de corrosión de los tres ensayos del recubrimiento comercial, sujeto al estudio acelerado de corrosión durante las primeras 24 horas de exposición evaluado por medio del programa Corel Photo Paint
97
Figura 3.32. Comparación de los resultados de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el primer ensayo
98
Figura 3.33. Comparación de los resultados de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el segundo ensayo
99
Figura 3.34. Comparación de los resultados de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el tercer ensayo
99
xiii
Figura 3.35. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el primer ensayo a partir de las 24 horas de exposición
100
Figura 3.36. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el segundo ensayo a partir de las 24 horas de exposición
101
Figura 3.37. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el tercer ensayo a partir de las 24 horas de exposición
101
Figura 3.38. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el primer ensayo durante toda la exposición excluyendo valores atípicos
102
Figura 3.39. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el segundo ensayo durante toda la exposición excluyendo valores atípicos
103
Figura 3.40. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa Corel en el tercer ensayo durante toda la exposición excluyendo valores atípicos
103
Figura 3.41. Variación del porcentaje de degradación en función del tiempo de la evaluación realizada al segundo y tercer ensayo con el programa Corel durante las primeras 24 horas de exposición
105
Figura 3.42. Variación del porcentaje de degradación en función del tiempo de la evaluación realizada al ensayo de campo del recubrimiento 5
105
Figura 3.43. Comparación de la velocidad de degradación del ensayo acelerado 2 con el ensayo de campo del recubrimiento 5
106
Figura AI.1. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 1 en el Colegio Tello
121
Figura AI.2. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 2 en el Colegio Tello
122
xiv
Figura AI.3. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 3 en el Colegio Tello
123
Figura AI.4. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 4 en el Colegio Tello
124
Figura AI.5. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 5 en el Colegio Tello
125
Figura AI.6. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 6 en el Colegio Tello
126
Figura AI.7. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 1 en la Capitanía del Puerto
127
Figura AI.8. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 2 en la Capitanía del puerto
128
Figura AI.9. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 3 en la Capitanía del Puerto
129
Figura AI.10. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 4 en la Capitanía del Puerto
130
Figura AI.11. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 5 en la Capitanía del Puerto
131
Figura AI.12. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 6 en la Capitanía del Puerto
132
Figura AI.13. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 1 en Santo Domingo
133
xv
Figura AI.14. Fotografías y grados de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 2 en Santo Domingo
134
Figura AI.15. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 3 en Santo Domingo
135
Figura AI.16. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 4 en Santo Domingo
136
Figura AI.17. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 5 en Santo Domingo
137
Figura AI.18. Fotografías y grado de corrosión entre el blanco y las probetas después de seis meses de exposición del recubrimiento 6 en Santo Domingo
138
Figura AII.1. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, sin exposición 139
Figura AII.2. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, expuesto en la estación Colegio Tello
139
Figura AII.3. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, expuesto en la estación Capitanía del Puerto
140
Figura AII.4. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, expuesto en la estación Santo Domingo
140
Figura AII.5. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, comparación del blanco (color negro), con el expuesto al ensayo en cámara de arco de Xenón (color azul)
141
Figura AII.6. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 6, sin exposición 141
Figura AII.7. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 6, expuesto en la estación Colegio Tello
142
Figura AII.8. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 6, expuesto en la estación Capitanía del Puerto
142
Figura AII.9. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 6, expuesto en la estación Santo Domingo
143
Figura AII.10. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, comparación del blanco (color negro), con el expuesto al ensayo en cámara de arco de Xenón (color azul)
143
xvi
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO I Registros fotográficos de los recubrimientos expuestos en los ensayos de campo
121
ANEXO II Espectro de infrarrojo de los recubrimientos analizados
139
ANEXO III Cálculos de la determinación de la viabilidad económica de recubrir planchas de acero al carbono con el recubrimiento que contiene pigmento de dióxido de titanio nanoparticulado
144
xvii
RESUMEN
El presente proyecto de titulación tuvo como objetivo evaluar el comportamiento
de los recubrimientos que contienen pigmentos nanoparticulados de óxido de zinc
y dióxido de titanio en su composición en las atmósferas industrial y marina de la
ciudad de Esmeraldas y subtropical de la ciudad de Santo Domingo.
Se llevó a cabo mediante la exposición de seis recubrimientos en las distintas
atmósferas y en ensayos acelerados de degradación en cámara salina y en
cámara de arco de xenón; dos de los recubrimientos que contenían pigmentos
nanoparticulados y los otros son formulados a base de pigmento de tamaño micro
que contienen zinc o titanio en su formulación.
La exposición en campo se realizó colocando tres réplicas de cada recubrimiento
en las atmósferas industrial y marina en las estaciones ubicadas en el Colegio
Tello y la Capitanía del Puerto respectivamente en la ciudad de Esmeraldas y en
la atmósfera subtropical de la estación ubicada en la terraza del municipio de la
ciudad de Santo Domingo.
Los ensayos acelerados se efectuaron en dos equipos: la Cámara de Arco de
Xenón, en la que se estudió los efectos de los rayos ultravioleta mediante la
norma ASTM D6695-03b-Ciclo 1 y la Cámara de Niebla Salina en donde se
analizó los efectos de humedad, temperatura y concentración de cloruros
mediante las normas ASTM G85-02 “Prohesion” y ASTM B-117.
La degradación de los sistemas de pinturas tanto en los ensayos de campo como
en los ensayos acelerados se analizó macroscópicamente mediante normas
ASTM de inspección visual. Además se realizó observaciones en el microscopio,
análisis de infrarrojos y comparación de escala de grises en los recubrimientos.
Se llevó a cabo un ensayo por triplicado de degradación acelerada en la cámara
de niebla salina del recubrimiento comercial expuesto del cual se realizó el
xviii
análisis estadístico de los resultados de la degradación obtenidos por medio de
los estándares ASTM y de un programa informático.
Además se realizó el análisis de costo beneficio de aplicar el recubrimiento que
contiene pigmento nanoparticulado de dióxido de titanio con respecto al
recubrimiento comercial sobre láminas de acero al carbono para su protección.
Los recubrimientos que fueron formulados con dióxido de titanio fueron los que
presentan mejor resistencia a la degradación inclusive en la atmósfera marina que
se determinó como la más agresiva. Seguido del recubrimiento formulado con
óxido de zinc nanoparticulado, que presentó menor resistencia por el bajo
porcentaje de pigmento que contenía aunque se deteriora en menor magnitud que
los otros recubrimientos expuestos.
El análisis estadístico de los datos de la evaluación del recubrimiento comercial
mostró bastante correspondencia entre los tres ensayos realizados, además se
observó una tendencia lineal de la degradación en función del tiempo en dichos
ensayos a partir de las 24 horas de exposición.
Se obtuvo dos factores el de tiempo y el de degradación que relacionan la
degradación en campo con la del ensayo acelerado para el recubrimiento
comercial. Donde 3 horas de exposición al ensayo acelerado equivalió a 1 mes de
exposición en campo y al resultado obtenido del ensayo acelerado se le resto
0,08% para conocer el porcentaje de degradación en campo en la atmósfera
marina.
Además se comprobó el beneficio económico de proteger láminas de acero al
carbono con el recubrimiento que contiene dióxido de titanio nanoparticulado con
respecto a protegerlo con el recubrimiento comercial expuesto en los ensayos.
xix
INTRODUCCIÓN
Las tres razones principales por las cuales se debe estudiar la corrosión son: el
riesgo que significa para la humanidad, los costos económicos y la conservación
de los materiales. Sin embargo una de las razones más significativas considerada
a nivel industrial es el costo económico que esta implica, ya que los recientes
estudios realizados en los Estados Unidos, indican que las pérdidas económicas
ocasionadas por la corrosión metálica están alrededor de $276 mil millones al año
(McCafferty, 2010, p.1-9).
Por consiguiente para evitar este tipo de pérdidas se han desarrollado sistemas
de pinturas anticorrosivas cuya aplicación sobre sustratos es uno de los métodos
más ampliamente utilizados en el control de la corrosión (Morcillo, Almeida,
Rosales, Urruchurtu y Marrocos, 2002, p.428).
Ciertos sistemas de pinturas anticorrosivas contienen pigmentos inhibidores de la
corrosión que basan su mecanismo de acción solo en el efecto barrera, que
consiste en disminuir la permeabilidad del sistema y en consecuencia el acceso a
la interface metal/película del medio electrolítico que ocasiona la corrosión.
(Giudice y Pereira, 2009, p.131).
Los pigmentos comerciales inhibidores de la corrosión están disponibles en
tamaños micro los cuales presentan un sinnúmero de complicaciones al formar
parte del sistema de pintura, por ejemplo: tiene baja adhesión, reducen la
flexibilidad de la pintura, causan pérdida de resistencia al impacto y delaminación
temprana y poseen eficiencia de protección reducida (Morcillo et al., 2002, p.439).
En la búsqueda de mejorar la eficiencia de los sistemas de pinturas se investiga el
uso de pigmentos en tamaño nano en su composición. La adición de pigmentos
nanoparticulados en las pinturas convencionales ha mostrado una gran mejora en
sus propiedades a más de generar nuevas pinturas con características
multifuncionales. Esta mejora en las propiedades está directamente relacionada
con el pequeño tamaño de las partículas. Los nano materiales más comúnmente
xx
usados en los sistemas de pinturas son: SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3, Fe2O y algunos
metales como Al y Ti (Dhoke y Khanna, 2009, p.51).
Por otra parte se ha comprobado experimentalmente que la velocidad de
corrosión de hierro aumenta al aumentar la humedad relativa de la atmósfera
especialmente entre el 60% y 70%, dichos valores de humedad relativa son
comunes en atmósferas subtropicales (Bilurbina, Liesa e Iribarren, 2003, p.38),
por lo que es indispensable realizar ensayos in situ, ya que cada ciudad, e incluso
cada sector de la ciudad tiene características particulares en cuanto a condiciones
atmosféricas y por tanto, un particular comportamiento de los materiales frente a
la corrosión.
Además es conocido que los contaminantes más influyentes en la corrosión
atmosférica son el dióxido de azufre (SO2) que generalmente proviene de la
combustión de combustibles fósiles en zonas industriales y el cloruro de sodio
(NaCl) que se manifiesta alrededor de ambientes marinos, puesto que la sal
proveniente de dichos ambientes puede aumentar la corrosión en una relación de
12 veces a 0 en distancias de 25 a 250 metros del mar (Bilurbina et al., 2003,
p.40).
Por esta razón en el presente proyecto de titulación se propone estudiar el
comportamiento anticorrosivo de pinturas que contienen pigmentos
nanoparticulados de dióxido de titanio (TiO2) y óxido de zinc (ZnO) en su
formulación, en las atmósferas: subtropical de la ciudad de Santo Domingo e
industrial y marina de la ciudad de Esmeraldas.
1
1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
1.1. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA DE LOS METALES
1.1.1. DEFINICIÓN DE CORROSIÓN
Generalmente se conoce como corrosión al deterioro que sufre un material de
carácter metálico por reacción química o electroquímica con el ambiente que lo
rodea, ya sea este la atmósfera, el suelo o el agua. Habitualmente el término
corrosión se refiere al desgaste metálico y en el caso de los materiales no
metálicos tales como los polímeros o las cerámicas se utiliza el término
degradación (Gómez y Alcaraz, 2004, p.13).
Se determina que en el proceso de corrosión intervienen tres factores
fundamentales (Pérez, 2010, p.3):
§ la pieza manufacturada.
§ el ambiente.
§ y el medio a través del cual se de una reacción de óxido reducción
Sin embargo, podemos aclarar que la corrosión es un fenómeno amplio en el que
intervienen todos los materiales (cerámica, polímeros, metales, etc.) así como
también diversos ambientes (atmósfera, alta temperatura, medios acuosos, etc.)
(Pérez, 2010, p.3).
1.1.2. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
La corrosión atmosférica de los metales conlleva una problemática que abarca
muchos años atrás. Esta apareció a la par con la utilización de los primeros
objetos metálicos. La corrosión atmosférica está íntimamente ligada con la
herrumbre, la cual tiene una coloración café rojiza que es la que el acero toma
2
cuando se corroe por la exposición a la atmósfera, lo cual se debe a la reacción
de oxidación del metal con el oxígeno atmosférico (Rodríguez, Llongueras,
Chavarin, Hernández, 1999, p.24).
La corrosión atmosférica es un complejo fenómeno en el que interviene una
importante cantidad de variables las que están interrelacionadas estrechamente y
las que dependen mucho del ambiente, la interface material- atmosférica (medio
electrolítico) y el material.
Debido a su naturaleza la corrosión atmosférica tiene como característica principal
la presencia de un proceso anódico (es aquel donde se disuelve la superficie del
electrolito y su concentración se eleva hasta que se precipite como un compuesto
poco soluble) y un catódico (es donde la mayoría de los metales que están
expuestos a la atmósfera se corroen por el proceso de reducción de oxígeno)
(Pérez, 2010, p.7).
Este proceso se puede clasificar en:
§ Corrosión seca.- Es aquella que se produce en los metales que tienen una
energía libre de formación de oxígeno negativa. Gómez y Alcaraz (2004)
explica que la corrosión seca es “La reacción directa de un metal con el
oxígeno (oxidación directa), para formar óxido” (p.63).
§ Corrosión húmeda.- Es aquella en la que se requiere de la humedad
atmosférica para que se lleva a cabo el proceso de corrosión y aumenta
cuando excede el 70%. Gómez y Alcaraz (2004) dice que “es la más
extendida, por cuanto afecta a un sinfín de elementos en los que el material
usado es el acero, tales como tanques, tuberías, intercambiadores,
carcasas, estructuras, buques, etc.” (p.27)
3
1.1.3. MECANISMOS DE CORROSIÓN
Se entiende por mecanismos de corrosión a procesos degradativos los cuales
tienen un origen de tipo ambiental, y a través de los que se producen un grado
de destrucción de materiales metálicos el cual es muy explícito, este proceso es
de origen electroquímico e implica uno de los mayores peligros para los aceros
que son expuestos al aire libre, especialmente cuando la atmósfera se compone
de contaminantes químicamente activos. Un ejemplo claro de esto son las
atmósferas marinas y la presencia de la humedad (Rodríguez et. al., 1999, p.25).
Los mecanismos de corrosión por los que puede transcurrir el proceso de
corrosión son básicamente dos: a) a través de una oxidación directa (también
llamada corrosión seca) de toda la superficie metálica, y b) mediante la
intervención de una solución acuosa que genera la aparición sobre el metal de
zonas con diferente comportamiento (conocida como corrosión húmeda) (Pérez,
2010, p.3).
Rodríguez, et. al (1999) determina que los mecanismos de corrosión son
conformados principalmente por dos tipos:
§ Reacción de carácter químico: en las que se disuelve el metal.
§ Reacción de carácter electroquímico en las que se da la oxidación del
metal a través de un medio electrolítico. (p.15)
1.1.4. MECANISMOS DE CORROSIÓN METÁLICA
Los mecanismos de corrosión metálica son procesos degradativos de origen
ambiental por el cual se originan determinados niveles de destrucción de
materiales metálicos (Zaror, 2002, p.43).
También se expresa que los procesos son de origen electroquímico y son los que
mayor riesgo representan cuando los metales se encuentran expuestos al aire
4
libre y especialmente cuando la atmósfera se encuentra compuesta por químicos
activos que son extremadamente contaminantes, en la Figura 1.1., se muestra
una fotografía en la cual se observa la corrosión metálica.
Figura 1.1. Corrosión de metales
La corrosión atmosférica de los metales es un proceso electroquímico que implica
reacciones químicas, por lo que la velocidad de reacción a la cual se da la
corrosión dependerá en cierta forma de la temperatura y la concentración de
reaccionantes y productos. La corrosión metálica se da mediante la formación y
transferencia de electrones por medio de una reacción anódica (oxidación del
metal) hacía la zona de reducción o catódica, por medio del metal por ser un
conductor eléctrico. La zona donde se da este proceso de denomina ánodo
(Callister, 2007, p.567)
Reacción anódica:
Fe(s) → Fe+2(ac) + 2e- [1.1]
Los electrones generados por la reacción [1.1] transferidos hacia la zona catódica
pueden experimentar los siguientes tipos de reducción: (Callister, 2007, p.567).
5
Reducción en disolución ácida que contiene elevado concentración de iones
hidrógeno (H+).
2H+(ac) + 2e-
(ac) → H2(g) [1.2]
Reducción en disolución ácida que contiene oxígeno disuelto (O2).
O2(ac) + 4H+(ac) + 4e-
(ac) → 2H2O [1.3]
Los iones metálicos de mayor valencia también se pueden reducir.
Mn+ + e- → M(n-1)+ [1.4]
El ion metálico también se puede reducir a su estado neutro.
Mn+ + ne- → M [1.5]
Una disolución acuosa básica con oxígeno disuelto.
O2(ac) + 2H2O(ac) + 4e-(ac) → 4OH- [1.6]
La ecuación [1.6] representa el principio por medio del cual se da la corrosión
atmosférica húmeda.
1.1.4.1. Corrosión del hierro en medio acuoso
La corrosión del hierro en particular es un proceso electroquímico puesto que
sobre la pieza del metal que se va a corroer, existen zonas catódicas y anódicas
en las cuales el hierro se va oxidando con el oxígeno del aire en presencia de la
humedad, para así de esta manera obtener un producto el que carece de las
propiedades estructurales del hierro metálico (óxido de hierro (III) hidratado
(Fe2O3 x H2O) de color café rojizo) (Rodríguez et. al., 1999, p.24).
6
A continuación se representa y detalla el proceso de corrosión del hierro en medio
acuoso con oxígeno disuelto (Ahmad, 2006, p.13).
Una lámina de metal expuesta a un ambiente húmedo el cual actúa como
electrolito sobre la superficie metálica; debido al proceso de oxidación se libera
iones Fe+2 del ánodo de acuerdo a la ecuación [1.1] los electrones formados se
transfieren a la zona de reducción a través del metal para producir iones OH- en el
cátodo conforme la ecuación [1.6], luego se combina el ion Fe+2 con el OH- para
formar Fe(OH)2 comúnmente conocido como herrumbre (Ahmad, 2006, p.13).
Fe+2(ac) + 2OH-(ac) → Fe(OH)(s) [1.7]
Sin embargo la herrumbre es la suma de varios subproductos sólidos formados
por reacciones simultaneas que se dan en el proceso de corrosión tales como:
(Ahmad, 2006, p.14).
Fe(s) + H2O(l) → FeO(s) + 2H+ + 2e- [1.8]
Fe(s) + 2H2O(l) → Fe(OH)2(s) + 2H+ + 2e- [1.9]
FeO(s) + 2H2O(l) → Fe3O4(s) + 2H+ + 2e- [1.10]
2Fe3O4(s) + 2H2O(l) → 3(α - Fe3O4(s)) + 2H+ + 2e- [1.11]
2(α - Fe3O4(s)) + 3H2O(l) → 6(α - Fe3OOH(s)) [1.12]
La representación de la corrosión del hierro debido a la presencia de una gota de
agua se muestra en la Figura 1.2.
7
Figura 1.2. Esquema general de la corrosión sobre el hierro. (Ahmad, 2006, p.14)
Este esquema representa claramente la corrosión atmosférica puesto que la
atmósfera húmeda aporta las gotas de agua para que se dé el proceso, se debe
mencionar que generalmente la zona catódica se localiza entre la superficie
metálica, la gota de agua y el aire es decir en una esquina de la gota, puesto que
allí es la zona donde los tres reactivos de la ecuación [1.7] se encuentran
presentes, por esta razón los productos de corrosión se colocan en dicha zona
(Ahmad, 2006, p.14).
1.1.4.2. Efecto de la humedad en el proceso de corrosión
La humedad en el proceso de corrosión provoca que los metales se oxiden y
pierdan sus propiedades y además considerada como el enemigo número uno en
la destrucción del hierro.
Se ha comprobado experimentalmente que la velocidad de corrosión de hierro
aumenta al aumentar la humedad relativa de la atmósfera especialmente entre el
70% y 75%, también se ha establecido un parámetro el cual se denomina
humedad crítica que es el valor de humedad relativa al cual la corrosión metálica
tiene una aumento significativo. Por otra parte es conocido que la presencia de
OH
OH Fe
Fe(OH)2O2
O2
O2
O2
O2
O2 2+ 2H O + 4e- O2 2+ 2H O + 4e-
electrones
8
contaminantes en la atmósfera como sulfatos y cloruros disminuye el valor de
humedad crítica (Bilurbina, Liesa, y Iribarren, 2003, p.41).
La difusión del oxígeno a través de la capa acuosa controla la velocidad de
corrosión, esta aumenta la disminuir el espesor de la capa acuosa (formada por la
gota de agua) pasando por un máximo hasta un límite cuando la difusión ve
interrumpida por el aumento de la resistencia osmótica que generan las capas
muy finas. También el roció suele ser más perjudicial en la corrosión que la lluvia,
pues esta hace un efecto de lavado de la superficie; en general la corrosión se ve
favorecida cuando la capa del líquido está en reposo sobre la superficie (Bilurbina,
et al., 2003, p.40).
1.1.4.3. Efectos de los contaminantes atmosféricos en el proceso de corrosión
Según Zaror (2000) Los contaminantes atmosféricos afectan a las personas de
todo el mundo, en especial a aquellas que viven en las zonas urbanas y también
en las zonas industrializadas y donde hay mayor fluidez vehicular (p.74).
Esto se debe a la gran emanación de gases corrosivos y polvos que son los que
deterioran poco a poco el medio ambiente y así de esta manera dan lugar a los
malos olores, daños en la salud humana, la perdida de visibilidad, pero no
únicamente estos los únicos problemas puesto que también afecta en la corrosión
de los metales ya que, debido a esto hacen que los metales vayan perdiendo
poco a poco sus cualidades (Zaror, 2000, p.75).
Los contaminantes que más influyen en la corrosión atmosférica son el SO2 y el
NaCl, a diferencia del CO2 que se ha comprobado que forma una película de
óxido más estable que ralentiza el proceso de corrosión (Bilurbina et al., 2003,
p.40).
9
El SO2 puede acelerar el proceso de corrosión tanto en los periodos secos como
en los húmedos pues el mecanismo de corrosión en el hierro suele ser el
siguiente: (Bilurbina, et al., 2003, p.40).
Fe + O2 + SO2 FeSO4 [1.13]
4 FeSO4 + O2 + 6H2O 4FeOOH + 4H2SO4 [1.14]
4H2SO4 + 4Fe + 2O2 4 FeSO4 +4H2O [1.15]
Se ha demostrado que la influencia del cloruro de sodio se manifiesta más
alrededor de ambientes marinos, puesto que la sal proviene del mar y aumenta la
corrosión en una relación de 12 veces a 0 en distancia de 25 a 250 metros del
mar (Bilurbina et al., 2003, p.43).
1.1.5. TIPOS DE CORROSIÓN METÁLICA
La corrosión generalmente se suele manifestar de ocho formas: uniforme,
galvánica, picaduras, por aireación diferencial, selectiva, intergranular, erosión y
corrosión bajo tenciones (Callister, 2007, p.586).
1.1.5.1. Corrosión uniforme
Es el tipo de ataque de carácter electroquímico, el cual tiene la misma intensidad
en toda la superficie expuesta donde produce herrumbre, esto se debe a que las
zonas anódica y catódicas se desplazan uniformemente a lo largo de toda la
superficie (Callister, 2007, p.586).
10
1.1.5.2. Corrosión galvánica
Se la puede definir como una forma de corrosión que ocurre cuando se juntan dos
metales que se encuentra en distinta serie galvánica en presencia de un medio
electrolítico, como se observa en la Figura 1.3., el metal más noble que conforma
el ánodo es el que se corroe, mientras que el otro metal que conforma el cátodo
queda protegido. (Callister, 2007, p.586).
Figura 1.3. Corrosión Galvánica entre la ferrita y la cementita (Askeland, et al., 2006, p.864)
1.1.5.3. Corrosión por aireación diferencial
Consiste en el tipo de corrosión electroquímica en el cual la concentración de
iones o de gases disueltos en el electrolito es diferente en la misma pieza
metálica en zonas cercanas formando así una pila de corrosión donde se corroe
la zona de menos concentración, hay que denotar que esta zona generalmente
conforma una rendija la cual debe ser lo suficientemente grande para que la
disolución pueda ingresar y lo suficientemente pequeña para que se estanque.
Como consecuencia del consumo total del oxígeno contenido en la rendija, el
metal se oxida y los electrones producidos por la reacción se reducen en la zona
Fe+2
Fe+2
Fe+2
Fe+2
e-
e-
e-
e-
Ferrita
Ferrita
Ferrita
Cementita
Cementita
Fe+2Fe e-+2
Ánodo (Ferrita)
Cátodo (Cementita)
1/2O + H O + 2e 2(OH)2 2--
11
de mayor concentración, este mecanismo se esquematiza en la Figura 1.4.
(Callister, 2007, p.588).
Figura 1.4. Ilustración esquemática del mecanismo de aireación diferencial entre dos láminas atornilladas (Callister, 2007, p.589)
1.1.5.4. Corrosión por Picaduras o “Lifting”
Este tipo de corrosión es estrictamente localizada formando pequeños agujeros
en el material, comienza en la superficie hacia el interior en dirección casi
perpendicular; la perdida de material en este tipo de corrosión es muy pobre, pero
su efecto es bastamente destructivo, el mecanismo de este tipo de corrosión es
parecido al de la aireación deferencial con la diferencia de que este se dan en
fallos de la superficie metálica o en cambios en su composición, en la Figura 1.5.
se puede observar la corrosión por picaduras en una lámina de acero inoxidable
(Callister, 2007, p.588).
OH-
O2
OH-
O2
OH-
O2
M+M+
M+ M+M+
M+
M+M+
M+M+
M+
M+
M+
Cl-Cl-
Cl-Cl-
Cl-
Cl-Cl-Cl- Cl -
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
H+
H+H+
H+
H+
Na+
Na+
O2
O2
O2
OH
OH
12
Figura 1.5. Picadura en una lámina de acero inoxidable (Callister, 2007. p.589)
1.1.5.5. Corrosión intergranular
Esta se da cuando el segregado que forma parte de una aleación precipita en los
alrededores del grano de la superficie del material primario produciendo una celda
galvánica que corroe el material a nivel microscópico y lo debilita, este fenómeno
es muy común en la soldadura de acero inoxidable, en la Figura 1.6. se muestra
una fotografía microscópica de la corrosión intergranular (Askeland, Fulay, Wright,
2006, p.864)
1.1.5.6. Corrosión selectiva
Es el tipo de corrosión que se da por mecanismo químico, puesto que existe una
disolución de un metal selectivamente en una aleación, un caso tipo es la
disolución del zinc en los latones, pues se disuelve el cinc preferentemente al
cobre (Ahmad, 2006, p.134).
13
Figura 1.6. Fotografía microscópica de la corrosión intergranular del zinc (Askeland et al., 2006, p.864)
1.1.5.7. Corrosión por erosión
Se refiere al aumento de la velocidad de corrosión debido al desplazamiento de
un fluido corrosivo en la superficie del material, a más del mecanismo de
corrosión electrolítico general se tiene desgate mecánico por la abrasión, es
común en este tipo de ataque observar rayas, agujero, picaduras en la superficie
del material (Askeland et al., 2006, p.880)
1.1.5.8. Corrosión bajo tensiones
La corrosión bajo tensión se refiera a la rotura causada en el metal debido al
combinarse un esfuerzo de tensión con un entorno corrosivo específico sobre el
sector tensionado. Generalmente la corrosión es localizada es decir en ciertos
sectores a lo largo de la superficie metálica, formando picaduras muy profundas
(Callister, 2007, p.592).
14
1.1.6. CONTROL DE LA CORROSIÓN METÁLICA
Una vez que se ha analizado la corrosión y sus formas en este punto haremos
referencia a algunos medios y mecanismos que se utilizan para su control y
prevención.
1.1.6.1. Selección de materiales
Se debe tener en cuenta que de la selección de materiales depende conservar
por mucho más tiempo los materiales y controlar la corrosión:
§ Para las condiciones no oxidantes o reductoras como lo son ácidos y
soluciones acuosas que se encuentran libres de aire, se utilizan aleaciones
de Ni y Cr.
§ Para las condiciones oxidantes se deben usar aleaciones que contengan
Cr.
§ Para condiciones altamente oxidantes es recomendable la utilización de Ti.
§ Si bien es cierto los materiales de cerámica son resistentes a la corrosión y
altas temperaturas no son los más recomendables y se restringe para
aquellos procesos que no incluyan riesgos (Gómez y Alcaraz, 2004, p.87).
1.1.6.2. Alteración de ambientes
Las condiciones ambientales son un factor importante al momento de evaluar el
peligro que puede generar la corrosión, puesto de estas condiciones dependerán
muchas variables que favorezcan la velocidad de corrosión como tal. Algunos de
los métodos más comúnmente utilizados para modificar ambientes se los
menciona a continuación (Smith, 1998, p.633):
§ Descenso de temperatura.
§ Disminución de la velocidad de líquidos.
15
§ Eliminación de oxígeno disuelto en líquidos,
§ Reducción de concentraciones iónicas.
§ Adición de inhibidores a electrolitos.
1.1.6.3. Protección Catódica
Como se indica en la Figura 1.7., este método se basa en suministrar electrones a
la estructura metálica, de tal manera que la disolución del metal sea suprimida, los
electrones pueden ser proporcionados por una fuente de corriente continua o por
un acoplamiento galvánico con un metal más anódico (Smith, 1998, p.634).
Atmosfera
Rectificador (fuente DC)
Suelo
trozohierro
e-- +
Figura 1.7. Protección catódica de un metal por una fuente de corriente continua (Askeland, et al., 2006, p.870)
1.1.6.4. Protección anódica
Consiste en la formación de una película protectora pasivadora en la superficie
del metal a través del suministro de corrientes anódicas provistas por un
potenciómetro (Smith, 1998, p.634).
16
1.1.6.5. Recubrimientos
Generalmente se tiene tres tipos de recubrimientos los metálicos, inorgánicos
(cerámicos y vidrios) y los orgánicos (pinturas, barnices y lacas).
1.1.6.6. Recubrimientos metálicos
Se aplican capas finas y delgadas de un recubrimiento metálico sobre el metal
que se desea proteger, que hace las veces de ánodo de sacrificio, comúnmente
es depositado a través de la técnica de electrodeposición (Smith, 1998, p.632).
1.1.6.7. Recubrimientos inorgánicos
Se recubren los materiales metálicos utilizando capas finas de materiales vítreos
o cerámicos, están tiene la característica de que confieren un acabado liso y
duradero (Smith, 1998, p.632).
1.1.6.8. Recubrimientos orgánicos
Se aplican capas delgadas de barnices, lacas o pinturas sobre las superficies que
se desean proteger, las cuales son muy duraderas y generalmente de mucho más
bajo costo que las mencionadas anteriormente (Smith, 1998, p.632).
1.1.6.9. Diseño
El diseño es considerado como uno de los métodos más efectivos para el control
de la corrosión, ya que es un método preventivo el cual toma en cuenta las
condiciones mecánicas, eléctricas, químicas y térmicas a las cuales estará sujeto
el material para con ello evitar su corrosión (Smith, 1998, p.632).
17
1.2. PROTECCIÓN METÁLICA UTILIZANDO SISTEMAS DE
PINTURAS ANTICORROSIVAS
1.2.1. SISTEMAS DE PINTURAS ANTICORROSIVAS
1.2.1.1. Definición general
Se puede definir como sistema de pinturas anticorrosivas al recubrimiento que
sirve para dar protección al acero contra la corrosión puesto que esta pintura no
es impermeable a la humedad, la oxidación ocurrirá aun cuando la pintura sea
aplicada perfectamente (Schweigger, 2005, pp.181-182).
1.2.1.2. Principales componentes de los sistemas de pinturas anticorrosivas
Las pinturas anticorrosivas poseen dos componentes principales los cuales son
los ligantes, que generalmente están constituidos por resinas ya sean estas
epóxicas o alquídicas y los pigmentos anticorrosivos (Schweigger, 2005, p.181).
1.2.1.3. Concentración de pigmento en volumen PVC y concentración crítica de
pigmento en volumen PVCC
La concentración de pigmento en volumen PVC (siglas en inglés) es aquel que
corresponde a una relación entre volumen de sólidos y volumen de pigmentos
totales de la pintura seca, mientras que el PVCC se refiere a la concentración
sobre la cual las características de la pintura varían drásticamente (Calvo, 2011,
p.143).
Es de suma importancia el análisis de este parámetro en los sistemas de pinturas
anticorrosivas, ya que este aumenta cuando aumenta el grado de dispersión del
sistema pigmentario. Esto conlleva al aumento de la porosidad del film lo que
implicar perdida de permeabilidad del recubrimiento. Cabe mencionar que el PVC
18
no solo depende del grado de dispersión del pigmento sino además del tipo de
ligante (Calvo, 2011, p.143).
Las pinturas generalmente se fabrican con concentraciones de PVCC entre el
40% al 80%; esta concentración puede ser calculada a partir de la siguiente
fórmula (Calvo, 2011, p.143):
[1.15]
Donde:
VP = Volumen del sistema pigmentario.
Vrc = Volumen de la resina necesaria para obtener el PVCC.
1.2.2. RESINAS ALQUÍDICAS
1.2.2.1. Definición
Las resinas alquílicas básicamente son polímeros producto de la esterificación y
polimerización de un ácido dicarboxílico y un poliol en presencia de aceites o
ácidos grasos.
La reacción 1.15 de esterificación del ácido ftálico con la glicerina es un ejemplo
claro de la formación de una resina alquídica donde se observa que queda un
grupo OH libre el cual puede dar lugar a la polimerización de los esteres así como
a la reacción del mismo con aceites o ácidos grasos (Calvo, 2011, p.49).
C
O
OH
C
O
OH+
C
C
C
H
H
H
H
H
OH
OH
OH C
O
O
C
O
O C
C
H
H
H
C H
O
H
R
+ OH2
[1.16]
19
1.2.2.2. Clases de resinas alquídicas
Las resinas alquídicas que están modificadas con aceites o ácidos grasos se
clasifican de acuerdo al porcentaje de estos contenidos en la resina en (Calvo,
2011, pp.50-51):
§ Resinas alquídicas de cadena larga.- Contienen alrededor del 55 al 80% de
aceites o ácidos grasos, sus principales características son: su brillo, buena
aplicación con brocha, secado lento, al secarse presentan un film flexible y
blando, gran capacidad de humectación de pigmentos y buena nivelación.
§ Resinas alquídicas de cadena media.- Contienen alrededor del 45 al 55%
de aceites o ácidos grasos, sus principales características son: su brillo,
buen secado interior y superficial y adecuado balance entre elasticidad y
dureza.
§ Resinas alquídicas de cadena corta: Contienen alrededor del 30 al 45% de
aceites o ácidos grasos, sus principal característica es que contiene un
cantidad importante de grupos OH por lo que es reactiva y puede ser
modificada fácilmente con aceites, secantes, semisecantes o no secantes.
Además se debe mencionar que estas resinas se pueden solubilizar con
hidrocarburos alifáticos o aromáticos y que generalmente son amarillentas debido
a que son modificadas con aceite de soya o de pescado por su basta
disponibilidad en el mercado.
1.2.2.3. Degradación de las resinas alquídicas
La degradación de las resinas alquídicas principalmente se da por causa de los
rayos UV, debido a que la alta energía de la luz solar desprende electrones de la
resina fomentando las reacciones de la cadena polimérica a través de los
radicales libres generados (Schweigger, 2005, p.102).
20
Dentro de los contaminantes atmosféricos además tenemos factores como son la
temperatura y la humedad donde la temperatura somete a un esfuerzo elástico a
la resina fatigándola y de esta manera permitiendo su ruptura, lo que ocurre de
manera similar con la humedad debido a que la absorción y secado de agua en la
resina igualmente produce esfuerzos de expansión y contracción (Schweigger,
2005, p.102).
De los resultados de evaluaciones de la exposición de los sistemas de pinturas en
base a resinas alquídicas en ensayos de campo y acelerados, se define la
degradación de las resinas se lleva a cabo por medio del ingreso de los factores
de corrosión (O2, H2O, contaminantes, radiación UV) a la película, lo cual produce
degradación, falla y ruptura (Ribadeniera, 2008, p.124)
1.2.2.4. Análisis instrumental de las resinas alquídicas
La espectroscopia de infrarrojos es una técnica ampliamente usada para
caracterizar pinturas.
En la Figura 1.8., se muestra el espectro de infrarrojos de una resina alquídica, en
el cual se observa dos picos muy pronunciados en las longitudes de onda de 2932
y 2960 cm-1 los cuales corresponden a los enlaces carbono hidrógeno (C-H)
(Learner, 2004, p.88).
Figura 1.8. Espectro FTIR de un resina alquídica (Learner, 2004, p.89).
21
1.2.3. PIGMENTOS ANTICORROSIVOS
1.2.3.1. Definiciones generales
Los pigmentos anticorrosivos son aquellos compuestos de tipo orgánico o de tipo
mineral en forma de partículas que proporcionan a las pinturas varias cualidades
como son protección, opacidad, color y la impermeabilidad y se pueden clasificar
en varios grupos según sus propiedades y son:
Pigmentos Primarios.- Son materiales que proporcionan color, opacidad y
resistencia a la luz solar en un sistema de pinturas y de este se derivan los
pigmentos orgánicos e inorgánicos donde estos últimos son los que brindan
mejores propiedades, además son usados para el revestimiento puesto que la
gran mayoría son insolubles, inertes, resistentes al ambiente y al calor (Calvo,
2011, p.54).
Pigmentos Extendedores o Cargas.- En un principio se los utilizaba para
incrementar el volumen de las pinturas y poder reducir los costos, de esta manera
se los selecciona de acuerdo a su comportamiento y a sus propiedades las que
tendrán dentro del revestimiento, su clasificación más común está relacionada con
su estructura química (Calvo, 2011, p.54).
1.2.3.2. Mecanismos de protección de los pigmentos anticorrosivos
El objetivo de los recubrimientos es impedir o mitigar el ataque corrosivo por algún
medio como los que se mencionan a continuación (Gonzales, 1984, p.425-429):
§ Efecto barrera, el cual consiste en impedir el paso del oxígeno y la
humedad hacia la superficie del sustrato por medio su obstrucción, es decir
el pigmento actúa como un obstáculo al ingreso de estos componentes, sin
embargo la experimentación científica ha demostrado que aun en sistemas
altamente pigmentados la transmisión de estos contaminantes ocurre a
22
través de los intersticios entre las partículas del pigmento y el material
contenedor.
§ Resistencia iónica.- este efecto se basa en la resistencia que puede tener
una película al movimiento de los iones del electrolito con el fin de evitar
que se forme la pila de corrosión.
§ Efecto inhibidor.- Los pigmentos presentes en el recubrimiento inhiben las
reacciones de corrosión directamente formando una película de óxido
sobre la superficie del metal en la interface sustrato-recubrimiento o
indirectamente por la formación de productos insolubles en el mismo.
§ Efecto de protección catódica.- Este mecanismo se basa en que el
pigmento por medio del cual está conformado el recubrimiento tiene
características anicónicas, es decir al ser aplicado sobre un sustrato
metálico este se comporta como ánodo que es donde se dará la disolución
del metal en la pila de corrosión.
1.2.3.3. Pigmentos anticorrosivos nanoparticulados
Una de las aplicaciones tradicionales para mejorar los materiales poliméricos fue
la incorporación de microfibras a la matriz para mejorar sus propiedades, sin
embargo con el avance de la tecnología se ha optado por incorporar a la matriz
polimérica nano partículas, las cuales permite obtener materiales con
característica muy superiores. Estas características superiores se deben
principalmente a la gran superficie de contacto entre las nano partículas con la
matriz polimérica (Klaus, Stoyko y Zhong, 2005, pp.46-47)
Uno de los principales factores a considerar cuando se usa pigmentos
nanoparticulados es que las nanopartículas poseen fuerzas de adhesión
extremadamente intensas, lo que conlleva a su fácil aglomeración, por tal razón el
método por medio del cual se logre la mejor dispersión del material en la matriz
polimérica definirá sus propiedades (Klaus, et al., 2005, pp.47-48)
23
Industrialmente se utilizan métodos de separación mecánica los cuales consisten
a aplicar grandes fuerzas cortantes a través de discos rotatorios metálicos,
durante la dispersión con el fin de romper las partículas aglomeradas y con ello
distribuir el pigmento homogéneamente en la matriz polimérica (Klaus, et al.,
2005, p.48).
1.2.3.4. Dióxido de titanio nanoparticulado
Como es conocido de dióxido de titanio es uno de los pigmentos más utilizados a
nivel industrial, por lo que se han realizado investigaciones en los últimos años,
las cuales comprueban que al ser utilizado con tamaño nanoparticulado provee
mejores características que el micronizado a la matriz polimérica.
Una de sus funciones principales es proteger al material ligante o resina de la
degradación fotocatalítica producida por los rayos ultravioleta, los cuales a
menudo tienen la capacidad de romper los enlaces de la matriz polimérica.
Particularmente el TiO2 absorbe los rayos UV mitigando este fenómeno
degradativo (Martin, Ryntz, Chin y Dickie, 2009, p.429).
El dióxido de titanio evita la degradación de la matriz polimérica por medio de la
luz solar reflejando los rayos UV al estar localizado en su superficie sin embargo
este efecto es altamente susceptible al grado de dispersión del pigmento en la
matriz (Schweigger, 2005, p.102; Martin, et al., 2009, p.429).
El dióxido de titanio nanoparticulado además presenta excelentes propiedades
antibacteriales, el mecanismo por el cual se da esta destrucción microbiana se
base en el contenido de hidroxilos y peróxido de hidrogeno formado por las
reacciones de fotoxidación que se llevan a cabo en la matriz polimérica al
contener este pigmento (Allen y Edge, 2004, p.945).
24
1.2.3.5. Óxido de zinc nanoparticulado
Al igual que el dióxido de titanio, el óxido de zinc nanoparticulado se lo utiliza por
su gran protección contra la radiación ultravioleta que ofrece a los recubrimientos,
debido que este pigmento inhibe el proceso de degradación fotocatalítica de la
matriz polimérica (Martin, et al., 2009, p.332).
La acción fotocatalítica del óxido de zinc se basa en que tiene la capacidad de
absorber los rayos UV, así como el efecto barrera que produce al evitar el ingreso
de oxígeno (Martin, et al., 2009, p.333).
1.2.4. PRINCIPALES FALLOS EN LOS SISTEMAS DE PINTURAS
Las causas por la cual se dan fallas en las películas de pinturas son diversas
debido a que en el proceso de pintado intervienen una serie de variables, donde
el tiempo en el cual se produce la falla es la variable crítica en el sistema de
protección anticorrosiva de los materiales (Giudice y Pereyra, 2009, pp.376).
A continuación se detalla algunas de las fallas comunes que se pueden obtener:
1.2.4.1. Tizado
Este fenómeno es producido principalmente por la acción de la radiación UV
proveniente de la luz solar que consiste en el que el ligante orgánico se degrada
gradualmente en la superficie liberando los pigmentos y extensores. La
incorporación de aditivos absorbedores de rayos UV es el que ayuda a mejorar el
comportamiento en la intemperie. El tizado no es una falla grave, ya que el polvo
suelto sobre la película hace que la superficie este apta para la aplicación de
pinturas (Giudice y Pereyra, 2009, p.378)
25
1.2.4.2. Cuarteado
Esta falla se debe al envejecimiento en la película. Existen causas diversas que
conducen al cuarteado, pero habitualmente uno de los motivos primordiales es la
contracción en la superficie la que es producida por envejecimiento y así
prolongada polimerización y oxidación. El cuarteado se puede prevenir con la
selección de la pintura adecuada: la resina debe ser resistente al exterior, los
pigmentos deben ser inertes o con una mínima reactividad química y alta
estabilidad dimensional para así reducir las tensiones superficiales, otro de los
componente más importante que puede conducir a este fenómeno es el
plastificante de la resina: éste debe ser estable e insoluble para evitar la lixiviación
durante la exposición en servicio (Giudice y Pereyra, 2009, p.379).
1.2.4.3. Agrietado
El agrietado es un fenómeno que ocurre en el recubrimiento formando cavidades
o grietas que se extienden hasta el sustrato; esta anomalía puede ocurrir en forma
irregular o linealmente. Las causas que conducen al agrietado son idénticas a las
del cuarteado. No obstante, para prevenir el agrietamiento intenso, es frecuente el
empleo de los pigmentos de refuerzo de forma acicular o de fibrosa lo cual
disminuye significativamente el gradiente de tensión en la película (Giudice y
Pereyra, 2009, p.380).
1.2.4.4. Ampollamiento
Es la formación de ampollas en el recubrimiento, el ampollamiento se puede
clasificar entre neutro y alcalino, donde el neutro es inherente al proceso de
preparación o secado de la pintura, mientras que el alcalino es consecuencia de
la corrosión del metal base. Este tipo de fallos es bastante común y es la causa
principal de la corrosión en materiales pintados (Feliu y Andrade, 1991, p.73).
26
1.2.4.5. Deslaminación
La deslaminación un tipo de fallo que se puede dar como consecuencia del
choque térmico que puede presentar un sistema metal pintura debido a la
expansión térmica del metal, sin embargo el tipo de deslaminación más común es
el debido a las reacciones que se dan en la zona catódica por la generación de
iones o de gases que producen este defecto similar al ampollamiento, aunque
este no se ve relacionado directamente con la formación de herrumbre (Feliu y
Andrade, 1991, p.74).
1.2.5. DEGRADACIÓN DE LOS SISTEMAS DE PINTURAS POR FACTORES
AMBIENTALES
Los principales factores de degradación de los sistemas de pinturas o
recubrimientos son los siguientes (Department of Army, et al, 1981, pp.5-14):
1.2.5.1. Oxígeno en el aire
A pesar de que el oxígeno es esencial en la fase de secado de ciertas clases de
pinturas, este interactúa constantemente durante todo su tiempo de vida útil
contribuyendo a su deterioro y degradación.
1.2.5.2. Luz solar
El efecto de la luz solar es de mucha importancia en la degradación de los
sistemas de pinturas, ya que dependiendo de la región en la que se localizan
estas pueden estar sujetas a mayor o menor tiempo de exposición.
27
1.2.5.3. Variación de temperatura
Hay zonas geográficas en las cuales existen significativas variaciones de la
temperatura climática, estas variaciones aumentan el número de contracciones y
dilataciones que sufren tanto el sustrato como el recubrimiento, acelerando así su
deterioro.
1.2.5.4. Humedad
Las zonas tropicales en las cuales se tienen porcentajes de humedad relativa
altos, presentan problemas de adhesión y erosión de los recubrimientos. Además
genera ampollamiento con ingreso de agua en la interface sustrato recubrimiento
el cual al evaporarse produce su ruptura.
1.2.5.5. Zonas costeras
Las zonas costeras contienen altos contenidos de cloruros, los cuales son
altamente corrosivos, especialmente para los sustratos metálicos.
Consecuentemente una falla en el recubrimiento producirá la corrosión del
sustrato (Department of Army, et al, 1981, pp.5-14).
1.3. ENSAYOS DE DEGRADACIÓN ACELERADA EN CÁMARA DE
NIEBLA SALINA Y EN CÁMARA DE ARCO DE XENÓN
Los ensayos acelerados de corrosión pretenden simular en laboratorio la
resistencia frente a la corrosión que un material tendrá en las condiciones
normales de exposición (Almeida, 2011, p.41).
28
1.3.1. ENSAYOS ACELERADOS EN CÁMARA SALINA
La cámara de niebla salina es un equipo que permite simular los efectos
atmosféricos sobre de degradación que sufre un material que está expuesto a la
intemperie (Baboian, 2005, p.131).
La cámara salina permite realizar ensayos acelerados de corrosión durante un
cierto tiempo, en el cual se sujeta al ensayo a una serie de condiciones tales
como (Baboian, 2005, p.131).
§ Variaciones de temperatura.
§ Exposición a la niebla salina.
§ Secado a temperatura constante.
§ Secado con aire forzado.
§ Variación de la humedad.
Las probetas de ensayo son colocadas en el interior de la cámara salina donde se
mantienen durante en tiempo de exposición fijado al ciclo programado
previamente, el esquema de la cámara se lo indica en la Figura 1.9.
Los ciclos para ensayos acelerados de corrosión comúnmente usados son los
sugeridos en el estándar ASTM B117 y en el estándar ASTM G85-09 A.5 o ciclo
Prohesion (Baboian, 2005, p.132).
1.3.1.1. Estándares ASTM B117
Este estándar fue uno de los primeros utilizados en cámaras salinas, y uno de los
ensayos de degradación más populares a nivel industrial.
El ensayo consiste en colocar las probetas en la cámara salina de modo que el
flujo de niebla salina bordee paralelamente las probetas con el fin de que no
exista impacto directo de la pulverización. La niebla salina es una solución que
29
contiene 5% de cloruro de sodio, con un pH entre 6.5 y 7.2 y es suministrada en
forma de niebla constantemente a una temperatura entre los 15 a 30 °C (Bilurbina
et al., 2003, p.87).
Figura 1.9. Esquema de una cámara salina (Jiménez et al., 2010, p.426)
1.3.1.2. ASTM G85-09 A.5 “Prohesion”
Este ensayo fue diseñado con el fin de mejorar los resultados obtenidos con el
ensayo ASTM B117 y de esta manera correlacionarlos con los resultados de la
exposición en el medio ambiente.
Este ensayo difiere principalmente en que las probetas no están sujetas a una
niebla salina constante, sino más bien a un proceso cíclico el cual consta de un
periodo húmedo que contiene niebla salina con 0,35% de sulfato de amonio y
30
0,05% de cloruro de sodio a 25 ºC durante 1 hora y otro periodo desecado forzado
a 35 ºC durante 1 hora (Baboian, 2005, p.137).
1.3.2. Ensayos acelerados en cámara de arco de xenón
Este ensayo sirve para determinar la estabilidad de un recubrimiento frente a la
radiación ultra violeta, consecuentemente la cámara permite generar un haz de
luz de arco de xenón que reproduce las longitudes de onda de la luz del día
(Baboian, 2005, p.633).
1.3.2.1 Estándar ASTM D6695-03b
Este estándar se utiliza únicamente para evaluar la exposición de pinturas y
revestimientos a la luz solar por medio de la cámara de arco de xenón.
Cuando se realiza ensayos de materiales poliméricos comúnmente se utiliza el
cilclo 1 del estándar, el cual consta de dos periodos, el primero con una
temperatura de 63ºC a una irradiación de 0,35 W/m2 y el segundo periodo tiene
18 minutos de luz continua, sin embargo el estándar consta de 7 ciclos diferentes
de acuerdo a la pintura que se vaya a exponer (ASTM D6695, 2003, p.8).
31
2. PARTE EXPERIMENTAL
2.1. MATERIALES Y EQUIPOS
2.1.1. PROBETAS DE ENSAYO
Las probetas expuestas en los ensayos de campo y en los ensayos en cámara
salina fueron láminas de acero al carbono de 0,9 mm de espesor, 150 mm de
largo y 100 mm de ancho.
Todas las probetas utilizadas en los diferentes ensayos fueron recubiertas con
sistemas de pinturas.
2.1.2. PREPARACIÓN Y APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE PINTURAS
2.1.2.1. Preparación de los sistemas de pinturas
A continuación se identifica los recubrimientos o sistemas de pinturas preparados:
§ Recubrimiento 1: Sistema de pintura anticorrosiva que incorpora pigmento
nanoparticulado de dióxido de titanio en su composición.
§ Recubrimiento 2: Sistema de pintura anticorrosiva que incorpora pigmento
nanoparticulado de óxido de zinc en su composición.
§ Recubrimiento 3: Sistema de pintura anticorrosiva que incorpora pigmento
de tamaño micro de dióxido de titanio en su composición.
§ Recubrimiento 4: Sistema de pintura anticorrosiva que incorpora pigmento
de tamaño micro de fosfato de zinc en su composición.
§ Recubrimiento 5: Sistema de pintura anticorrosiva comercial denominada
Antióx.
§ Recubrimiento 6: Resina alquílica base de los sistemas de pinturas que
incorporan pigmentos nanoparticulados.
32
Para la preparación de los distintos sistemas de pinturas se utilizaron los equipos
identificados en la Tabla 2.1. que se muestra a continuación:
Tabla 2.1. Equipos utilizados para la preparación de los sistemas de pinturas
Equipo Marca Modelo Característica
Cowles Morehousecowles V-12 2RS2HP 3400 RPM
Balanza de platos GT 410/OHAUS - 1000 gr
Medidor de espesor (Grindómetro) GARNER CO.08.029.06 -
Figura 2.1. Dispersor de alta velocidad (Cowles) (Alibaba Group, 2013)
Se preparó un volumen de dos litros por recubrimiento de acuerdo a la
formulación y procedimiento especificado por la empresa, con el fin de obtener
una mezcla homogénea de los componentes del recubrimiento se utilizó un
dispersor de alta velocidad para líquidos viscosos indicado en la Figura 2.1. Los
principales componentes de los distintos recubrimientos se indican en la Tabla
2.2.
El recubrimiento 1 y el recubrimiento 3 que contienen partículas de TiO2 de
tamaño nano y micro respectivamente, se formularon conteniendo
concentraciones iguales de resina y pigmento con el objetivo de comparar la
33
resistencia a la corrosión de un recubrimiento frente al otro, ya que los sistemas
de pinturas comerciales comúnmente contienen TiO2 de tamaño micro.
Tabla 2.2. Principales componentes de los recubrimientos
Recubrimiento Color Tipo de resina % Resina % Pigmento % Pigmento
Anticorrosivo
Recubrimiento 1
(TiO2 nano) Blanco R70* 25,90 18,47 0,00
Recubrimiento 2
(ZnO nano) Incoloro R70 32,50 1,53 0,00
Recubrimiento 3
(TiO2 micro) Blanco R70 25,90 18,47 0,00
Recubrimiento 4
(Zn3(PO4)2) Negro mate
R40** 36,00 35,08 0,85
Recubrimiento 5
(ZnS2O4+ Zn3(PO4)2) “Comercial”
Negro mate
R70 18,26 44,60 3,70
R40 20,6
Recubrimiento 6
(Resina) Incoloro R70 100,00 0,00 0,00
Los porcentajes de resina y pigmentos son porcentajes en peso respecto a la cantidad total del recubrimiento preparado *R70: Resina alquílica de soya de cadena larga al 70% **R40: Resina alquílica de soya de cadena corta al 40%
Los recubrimientos 3, 4 y 5 contienen pigmentos de tamaño micro en base de zinc
y se los preparó con el fin de comparar su desempeño frente a la corrosión con el
desempeño del recubrimiento 2 el cual contiene pigmento de óxido de zinc de
tamaño nano.
Se escogió preparar la resina PIALSO 70W para su aplicación, ya que las
mayoría de recubrimientos preparados la contienen.
2.1.2.2. Preparación de la superficie de las láminas de las probetas de ensayo antes de
la aplicación del recubrimiento
§ Se usó thiner para desengrasar ambas caras de las láminas de acero al
carbono.
34
§ Con la ayuda de un taco lijador, se restregó ambos lados de las láminas
con una lija # 240 en sentido longitudinal procurando obtener un lijado
homogéneo.
§ Finalmente se limpió varias veces las láminas con alcohol isopropílico para
retirar los residuos del lijado.
El proceso de limpieza se lo realizo en una sorbona para gases y se utilizó gafas
de seguridad, mascarilla para gases y guantes de nitrilo para evitar por un lado
contaminación de las láminas por agentes externos y por otro lado riesgos en la
salud.
2.1.2.3. Aplicación de los sistemas de pinturas
Se ajustó la viscosidad de cada recubrimiento utilizando como diluyente thinner
laca 100SM. La viscosidad se la estima por medio de una copa Zahn #2, la cual
se llenó totalmente del recubrimiento y se midió el tiempo total de vaciado de la
copa.
Para obtener una viscosidad adecuada para la aplicación de los recubrimientos
con soplete el tiempo de descarga de la copa Zahn # 2 se debe situar entre los 18
a 22 segundos.
Se aplicó los recubrimientos sobre ambas caras de las láminas de acero al
carbono utilizando un soplete de proyección a una presión entre 29 a 43 lb/plg2.
Después de dos días de aplicado el recubrimiento se midió el espesor de la capa
del revestimiento con el medidor digital de espesor seco, en distintos puntos de la
superficie de la probeta para comprobar que el espesor del recubrimiento se
encuentra entre los 2,5 a 3,0 mils (1 mils = 25,4 µm).
Una vez que se alcanzó el espesor deseado en ambos lados de la probeta se
dejó secar durante 10 días. Se aplicó masilla epóxica Rally/Duraepoxi en los
35
bordes de cada probeta, con el fin de evitar corrosión desde esta zona hacia el
interior de la probeta.
2.1.3 PUPITRES PORTA PROBETAS
Para la exposición de los revestimientos a analizarse, las probetas fueron
colocadas en pupitres porta probetas las cuales fueron construidas bajo las
normas ASTM G7 y ASTM G50 (Cazco y Recalde, 2002, p.54).
Una ilustración general del pupitre se la indica en la Figura 2.2. El pupitre está
diseñado para contener 70 probetas de 150 × 100 mm y exponerlas formando un
ángulo de 45º respecto a la horizontal y con una separación de 80 cm del piso en
su parte inferior.
Las probetas se sujetan al pupitre utilizando pernos plásticos con la finalidad de
evitar la formación de pilas galvánicas en los apoyos de sujeción de la probeta.
Figura 2.2. Porta probetas ubicado en la estación Santo Domingo
36
2.2. EVALUACIÓN DEL DETERIORO DE LOS SISTEMAS DE
PINTURAS EN LAS DISTINTAS ATMÓSFERAS
Con el fin de evaluar el deterioro de los sistemas de pinturas preparados se
expusieron en tres atmósferas distintas las cuales fueron seleccionadas
considerando sus condiciones climatológicas y su contaminación, a continuación
se describe cada uno de los sitios de ensayo.
2.2.1. ATMÓSFERA INDUSTRIAL (ESTACIÓN COLEGIO TELLO)
Para atmósfera industrial se seleccionó como lugar de exposición al Colegio
Técnico Industrial Luis Tello localizado en la ciudad de Esmeraldas, el pupitre se
colocó sobre la terraza del Colegio.
Se seleccionó este sitio por su cercanía a la refinería estatal y a la planta
termoeléctrica de la ciudad de Esmeraldas. Lo que principalmente caracteriza a la
atmósfera como industrial es la presencia de dióxido de azufre proveniente de los
gases de combustión generados en las plantas industriales de la zona.
2.2.2. ATMÓSFERA MARINA (ESTACIÓN CAPITANÍA DEL PUERTO)
Como atmósfera marina se seleccionó la estación Capitanía del Puerto, localizada
en la zona costera de la ciudad de Esmeraldas en las instalaciones de INOCAR.
El pupitre porta probetas se encuentra ubicado junto al mar por lo que la influencia
de los iones cloruros provenientes del agua marina caracterizan a esta atmósfera
netamente como marina.
37
2.2.3. ATMÓSFERA SUBTROPICAL (ESTACIÓN SANTO DOMINGO)
Se seleccionó como atmósfera subtropical a la estación Santo Domingo, ubicada
sobre las terrazas de la Municipalidad de Santo Domingo en la provincia de Santo
Domingo de los Tsáchilas.
Las características principales de esta zona son su alta humedad relativa,
alrededor del 90% y el clima cálido que posee que categorizan a la atmósfera
como subtropical.
2.2.4. METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA EVALUACIÓN
Se colocaron tres probetas de cada de uno los recubrimientos en cada una de las
tres estaciones mencionadas y se evaluó mensualmente, después de cada visita
a la estación respectiva. El procedimiento de evaluación mensual consistió en
comparar las placas expuestas en las estaciones con estándares establecidos en
las siguientes normativas ASTM:
§ ASTM D-610 Test Method for Evaluating Degree of Rusting on Painted
Steel Surfaces.
§ ASTM D-660 Test Method for Evaluating Degree of Checking of Exterior
Paints.
§ ASTM D-661 Test Method for Evaluating Degree of Cracking of Exterior
Paints.
§ ASTM D-662 Test Method for Evaluating Degree of Erosion of Exterior
Paints.
§ ASTM D-714 Test Method for Evaluating Degree of Blistering of Paints.
§ ASTM D-772 Test Method for Evaluating Degree of Flaking (Scaling) of
Exterior Paints.
Las probetas se expusieron durante seis meses y al concluir el tiempo de
exposición se realizó observaciones en el microscopio óptico para detectar
38
posibles fallos tanto del recubrimiento como del sustrato. Se evaluó el deterioro de
la resina base (recubrimiento 6) y de la resina que forma parte de los
recubrimientos formulados con pigmentos nanoparticualdos de dióxido de titanio y
óxido de zinc (recubrimientos 1 y 2), por medio de ensayos en el infrarrojo FTIR-
ATR. Se determinó posibles cambios de la resina debido a la degradación y se
estableció si los pigmentos nanoparticulados tienen influencia en dicha
degradación.
2.2.4.1. Descripción de los estándares ASTM
Para la evaluación visual del deterioro de los revestimientos tanto en campo como
en la cámara de niebla salina se utilizaron las siguientes normas ASTM:
Corrosión: Norma ASTM D610 Test Method for Evaluating Degree of Rusting on
Painted Steel Surfaces.
La norma ASTM D610 establece una cuantificación del porcentaje de área
deteriorada de los revestimientos; para ello se compara la probeta degradada con
las fotografías patrones descritas en la norma, a cada patrón se le asigna un
grado de corrosión de 0 a 10 el cual equivale a un rango porcentual de superficie
corroída. La escala se detalla en la Tabla 2.3.
Tabla 2.3. Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
Grado de Corrosión Porcentaje de superficie corroída
10 Menos del 0,01%
9 Entre 0,01% y 0,03%
8 Entre 0,03% y 0,1%
7 Entre 0,1% y 0,3%
6 Entre 0,3% y 1%
39
Tabla 2.3. Grado de corrosión según el estándar ASTM D610 (Continuación…)
Grado de Corrosión Porcentaje de superficie corroída
5 Entre 1% y 3%
4 Entre 3% y 10%
3 Entre 10% y 16%
2 Entre 16% y 33%
1 Entre 33% y 50%
0 Más del 50%
Cuarteamiento: Norma ASTM D660 Test Method for Evaluating Degree of
Checking of Exterior Paints.
Esta norma evalúa el grado de cuarteamiento de un sistema de pintura aplicada
sobre un metal que está expuesto al exterior. El proceso de cuarteamiento
consiste en una ruptura superficial de la pintura sin afectar la superficie del metal.
Agrietamiento: Norma ASTM D661 Test Method for Evaluating Degree of
Cracking of Exterior Paints.
Esta norma evalúa el agrietamiento de una pintura por medio de comparación con
estándares fotográficos. El agrietamiento puede producirse por efecto del
cuarteamiento o por fallas producidas en el recubrimiento durante el proceso de
aplicación y curado.
Erosión: Norma ASTM D662 Test Method for Evaluating Degree of Erosion of
Exterior Paints.
La norma ASTM D662 sirve para valorar el grado de erosión en metales con
recubrimientos poliméricos; para ello se compara las probetas degradadas con
estándares fotográficos.
Ampollaje: Norma ASTM D714 Test Method for Evaluating Degree of Blistering of
Paints.
40
La norma evalúa el grado de ampollamiento del recubrimiento, las fallas se
detectan por comparación con estándares fotográficos que están en los anexos
de la norma. Se cuantifica tanto el tamaño y la densidad de las ampollas.
Escamas: Norma ASTM D772 Method for Evaluating Degree of Flaking (Scaling)
of Exterior Paints.
Con este método de ensayo se valora el grado de descamación que ha sufrido
una pintura aplicada en placas metálicas. Este fenómeno se origina en la pintura
debido a un aislamiento del sustrato con el metal.
2.2.4.2. Evaluación microscópica
Cado uno de los ensayos fueron evaluados utilizando un microscopio óptico, se
observó las fallas provocadas por el ambiente en los sistemas de pinturas y a las
fallas provocadas por los ensayos acelerados. Se utilizó un lente de aumento de
10X.
Las características del microscopio óptico y del equipo de luz se detallan en la
Tabla 2.4.
Tabla 2.4. Especificaciones del microscopio óptico
Equipo Marca Modelo
Microscopio Thomas Scientific 1230CM
Luz Fiber-Lite MI-150
2.2.4.3. Espectroscopía de infrarrojos
Se evaluó el deterioro de la resina base (recubrimiento 6), de la resina que forma
parte de los recubrimientos formulados con pigmentos nanoparticulados de
dióxido de titanio y óxido de zinc (recubrimientos 1 y 2) y de la resina expuesta al
41
ensayo acelerado en la cámara de arco de xenón por medio de ensayos en el
infrarrojo FTIR-ATR.
No se realizó la evaluación de los otros recubrimientos debido a que el interés de
este estudio es evaluar el comportamiento de los recubrimientos que contienen
pigmentos nanoparticulados.
La evaluación se realizó de acuerdo con los lineamientos establecidos en el
estándar ASTM D 2621-87(2005). En el estándar se encuentran los espectros de
varios tipos de resinas alquílicas los cuales permitieron interpretar los espectros
de los sistemas de pinturas analizados.
Los ensayos se realizaron en un Espectrómetro Perkin Elmer Spectrum One, para
lo cual se cortó las probetas recubiertas a una medida de 11×610 mm y se
prensaron para que quedaran totalmente planas.
Para evitar errores cualitativos y cuantitativos se corrigió los espectros resultantes
por medio del software Spectrum 2005 versión 5.3 de Perkin Elmer, las
correcciones realizadas fueron:
§ Corrección de línea base
§ Suavizado
§ Normalizado
§ Corrección ATR
El software Spectrum 2005 versión 5.3 de Perkin Elmer permitió determinar el
porcentaje de transmitancia en cada uno de espectros los analizados en los
grupos funcionales CH2, CH3, Corbonilo ester, Carbonato (CO3-2) , OH- y COOH-.
42
2.3. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE
PINTURAS EXPUESTOS A ENSAYOS ACELERADOS DE
CORROSIÓN EN CÁMARA SALINA Y CÁMARA DE ARCO DE
XENON
2.3.1. ENSAYOS ACELERADOS EN CÁMARA DE NIEBLA SALINA
Se realizaron dos ensayos acelerados en la cámara de niebla salina: ensayo
cíclico Prohesion, que corresponde al estándar ASTM G85-11 Anexo A5 (Dilute
electrolyte cyclic fog/dry test) y el ensayo en niebla salina, que corresponde al
estándar ASTM B117-11 (Standar Practice for Operating Salt Spray (Fog)
Apparatus).
En estos ensayos se colocaron dos láminas de cada recubrimiento con las
mismas característica a las expuestas en campo, solo que a una se le realizó un
corte en X para inducir un fallo en el recubrimiento. Las láminas se evaluaron al
finalizar el ensayo con los mismos criterios utilizados para los ensayos de campo,
es decir se evaluó por medio del estándar ASTM D610.
2.3.1.1. Ensayo cíclico Prohesion (estándar ASTM G85-02)
Las condiciones de exposición de las probetas en la cámara de niebla salina en el
ensayo cíclico Prohesion se indican en la Tabla 2.5, mientras que los pasos y
parámetros del ensayo se indican en la Tabla 2.6.
Tabla 2.5. Condiciones de exposición ensayo cíclico Prohesion
Condición Detalle
Ciclo Prohesion
Tiempo de exposición 600 horas
Solución salina 0,05 % de NaCl y 0,35 % (NH4)2SO4
43
Tabla 2.6. Pasos y parámetros del estándar ASTM G85-02
Pasos Función
Parámetros
Temperatura (ºC)
Tiempo (horas)
Flujo de deposición (mL/h)
Presión spray (psi)
1 Niebla salina 25 1 1-2 8
2 Secado forzado 35 1 - -
3 Fin del ciclo, repetir
paso 1 25 1 1-2 8
2.3.1.2. Ensayo correspondiente al estándar ASTM B117-11
Las condiciones de exposición y parámetros de las probetas en la cámara de
niebla salina, ensayo correspondiente al estándar ASTM B117-11 se indican en la
Tabla 2.7.
Tabla 2.7. Condiciones de exposición y parámetros estándar ASTM B117-11
Condición Detalle
Ciclo B117
Tiempo de exposición 177 horas
Solución salina 5,0 % de NaCl
Función Niebla salina
Temperatura 35 ºC
Flujo de deposición 1-2 mL/h
Presión del spray 8 psi
2.3.2. ENSAYOS ACELERADOS EN CÁMARA DE ARCO DE XENON
Se realizó un ensayo acelerado en cámara de arco de xenón con el fin de evaluar
el daño causado en los revestimientos por la luz UV. Se colocó una lámina de
cada sistema de pintura con dimensiones 100×40×0,9 mm con un espesor de
recubrimiento de 2,5 a 3,0 mils y se expuso en la cámara Q-SUN Xe-1, acorde a
la normativa ASTM G155 – 05a Apéndice X3 Ciclo1. Las condiciones de
44
exposición de las probetas en la cámara en la cámara de arco de xenón se
indican en la Tabla 2.8, mientras que los pasos y parámetros del ensayo se
indican en la Tabla 2.9.
Tabla 2.8. Condiciones de exposición de la cámara de arco de xenón
Condición Detalle
Tiempo de exposición 300 horas
Filtro UV Daylight Q
Sensor UV 340nm
Tabla 2.9. Pasos y parámetros del ciclo de la cámara de arco de xenón
Paso Función Irradiación
(W/m2)
Tiempo
(min)
Temperatura
(ºC)
Temperatura de aire en la cámara
(ºC)
1 Luz 0,35 102 63 48
2 Luz + Spray 0,35 18 63 48
(ASTM D6695, 2003, p.8)
2.3.2.1. Evaluación de ensayos realizados en cámara de arco de xenón
Para evaluar la pérdida de color en el ensayo en la cámara de arco de xenón, se
utilizó la Escala de Grises NBS (National Bureau of Standards), con la cual se
comparó la diferencia de color entre la muestra analizada y la original, se asignó
un valor de solidez de 1 a 5 con base en la escala de grises que se muestra en la
Figura 2.3 y Tabla 2.10
El grado 5 representa que no ha existido ninguna variación en el color entre la
probeta analizada y el blanco; mientras que el grado 1 remoción total del color.
45
Figura 2.3. Escala de Grises NBS
Tabla 2.10. Características de diferencia de color, tolerancia y valor de solidez de la escala de grises
Valoración de
Solidez
Diferencia de Color Tolerancia
(Unidades NBS)
5 0,0 0,0
4 1,5 0,2
3 3,0 0,2
2 6,0 0,5
1 12,0 1,0
2.4. COMPARACIÓN Y CORRELACIÓN DE RESULTADOS
Se analizó los efectos de degradación que sufren los sistemas de pinturas para lo
cual se compararon los resultados de la evaluación mensual de un mismo ensayo
en diferentes atmósferas y de igual manera, tomando una misma atmósfera se
compararon los resultados de todos los ensayos entre sí. Además se contrastaron
46
los resultados obtenidos de la evaluación en campo con la evaluación de los
ensayos en laboratorio.
2.5. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL RECUBRIMIENTO
MENOS RESISTENTE A LA CORROSIÓN SUJETO A ENSAYOS
ACELERADOS
Con el recubrimiento menos resistente a la corrosión se realizaron ensayos
acelerados con 10 probetas de iguales características que en los ensayos
preliminares en la cámara de niebla salina bajo el estándar ASTM B 117 (Standar
Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus). Cada ensayo se realizó tres
veces hasta que alcanzar alrededor de un 50 % de corrosión.
Del análisis de los ensayos de campo se observó que tanto el recubrimiento 4
como el recubrimiento 5 mostraron la menor e igual resistencia a la corrosión en
la atmósfera marina que es la que se representa por medio de estándar ASTM
B117 por lo que se decidió llevar a cabo los ensayos con el recubrimiento 5 ya
que se lo usa comercialmente.
El recubrimiento expuesto al ensayo acelerado se evaluó diariamente con los
mismos criterios mencionados en el acápite 2.2.4., exceptuando los días feriados,
con el fin de obtener las curvas de porcentaje de degradación versus tiempo.
2.5.1. DETERMINACIÓN DEL ÁREA DEGRADADA UTILIZANDO EL
PROGRAMA AUTOCAD
Para conseguir datos de degradación del recubrimiento más confiables, las
probetas se escanearon con un escáner óptico marca Samsung y se midió el área
degradada con ayuda del programa Autocad.
47
Para obtener el área degradada se seleccionó manualmente las áreas que
mostraban degradación utilizando el ratón del computador y dibujando el contorno
de la mancha de degradación para luego compararlas con el área total de la
probeta, sin embargo como se muestra en la Figura 2.4, al realizar este
procedimiento no se logró seleccionar únicamente el área degradada por ser
extremadamente irregular y por existir sectores muy pequeños.
Además el contraste de color entre el área degradada y la no degradada no
permitió separar adecuadamente las áreas de interés.
Figura 2.4. Selección del área degradada utilizando el programa Autocad
Por esta razón se decidió utilizar el programa Corel Photo Paint, el cual permitió
obtener una mejor determinación del área degradada.
2.5.2. DETERMINACIÓN DEL ÁREA DEGRADADA UTILIZANDO EL
PROGRAMA COREL DRAW PHOTO PAINT X6
El programa Corel Draw Photo Paint, al ser un programa de diseño gráfico
reconoce a las imágenes como un mapa de bits en el cual se utiliza al pixel como
la mínima unidad de información, es decir cada imagen digitalizada está
compuesta por cierta cantidad de pixeles (Sirkis, 2006, p.31).
48
Basado en lo anterior, se tomó cada una de las imágenes escaneadas y se realizó
el procedimiento descrito a continuación.
2.5.2.1. Suavizado de la imagen
Con el fin de obtener una imagen más clara que permita observar fácilmente los
defectos de degradación se suavizo la imagen utilizando las herramientas de
quitar ruido y quitar muaré del programa que se observan en la Figura 2.5.
Figura 2.5. Suavizado de la imagen
2.5.2.2. Determinación del número de pixeles de toda la imagen
Dado que en el procedimiento experimental se escaneó varias probetas en una
sola imagen, se recortó la imagen de la probeta en estudio, posteriormente se la
transfirió como una imagen nueva al programa para con ello determinar el número
de píxeles de total de la imagen utilizando la herramienta histograma que se
observa en la Figura 2.6.
49
Figura 2.6. Recuento total de pixeles de la imagen de la probeta de ensayo
2.5.2.3. Cambio de color de la zona deteriorada
El programa tiene la opción que permite cambiar reemplazar colores, la cual
permite seleccionar un color específico de la imagen y cambiarlo por otro color.
Se observó toda la probeta y una vez determinado los colores que mostraron
degradación se los cambio por el color rojo como se indica en la Figura 2.7.
Este cambio se realizó debido a que. Por medio de la evaluación microscópica
con un lente de aumento X10 se determinó los colores que están relacionados
con la degradación del recubrimiento, y como el programa posee una herramienta
de mascara de color la cual realiza un selección automática del color especificado
que permite manualmente aumentar o disminuir la gama de colores seleccionadas
de tal manera que se incluya a la mayor cantidad posible de colores relacionados
con la degradación tal como se observa en la Figura 2.8, donde la fotografía de la
izquierda muestra las zonas degradadas del recubrimiento microscópicamente y
la fotografía de la derecha muestra la zona roja que es la que se seleccionó como
área degradada.
50
Figura 2.7. Cambio de color de las zonas que mostraron degradación en la probeta
Figura 2.8. Cambio de color de las zonas con corrosión de la fotografía al microscopio con aumento X10 del recubrimiento comercial
2.5.2.4. Determinación del número de pixeles de la zona degradada
Una vez realizado el cambio de color, se seleccionó la zona roja por medio de la
herramienta máscara de color del programa que se muestra en la Figura 2.9, esta
herramienta crea una máscara sobre toda la zona de color rojo la cual puede ser
seleccionada como una nueva imagen, esto permitió determinar el número de
pixeles que corresponden al color rojo, es decir a la zona degradada.
51
El cálculo del porcentaje de degradación se lo realiza relacionando la cantidad de
pixeles en la imagen del área degradada con respecto a la cantidad de pixeles
totales de la imagen de la probeta.
Figura 2.9. Obtención de la máscara en la zona degradada
2.5.3. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS
Una vez determinado los porcentajes de degradación del recubrimiento por medio
del estándar ASTM D610 Test Method for Evaluating Degree of Rusting on
Painted Steel Surfaces y del programa Corel Draw Photo Paint X6, se realizó un
análisis exploratorio de los grupos de datos para determinar valores atípicos y
atípicos severos, utilizando el programa STAT GRAPHICS el cual es un paquete
estadístico que combina todas las técnicas estadística para el análisis de datos en
cualquier escenario de investigación.
Discriminando los valores a atípicos y atípicos severos encontrados se realizó un
análisis comparativo entre los resultados de la evaluación por medio del estándar
ASTM D610 y la evaluación realizada por medio del programa Corel Draw Photo
Paint X6 para los tres ensayos realizados en la cámara salina.
52
Finalmente se realizó un análisis estadístico de los datos obtenidos de los tres
ensayos por medio de la evaluación con el programa Corel Draw Photo Paint X6,
con el fin de determinar la reproducibilidad del método aplicado.
2.5.4. DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE CORELACIÓN ENTRE LOS
ENSAYOS DE CAMPO Y LOS ENSAYOS ACELERADOS PARA EL
RECUBRIMIENTO COMERCIAL
Se graficó curvas del porcentaje de degradación versus tiempo para relacionar el
tiempo que tomaría una exposición en campo con el tiempo de exposición en
laboratorio para el recubrimiento comercial.
Con estos datos se calculó un factor que relaciona la degradación en campo
versus la degradación en laboratorio.
2.6. DETERMINACIÓN DE LA VIABILIDAD ECONÓMICA
Se realizó un análisis del beneficio económico que implica proteger planchas de
acero al carbono con el recubrimiento 1 (TiO2 nano) y el recubrimiento 5
(comercial), comparando los porcentajes de degradación, tiempos de
degradación, costos de materiales, costos de aplicación y preparación de
superficies; tanto del acero al carbono protegido con el recubrimiento comercial y
del acero al carbono protegido con el recubrimiento que incorpora pigmentos
nanoparticulados.
En este análisis se utilizó los datos de degradación y tiempo de exposición de los
recubrimientos 1 y 5 en la estación Capitanía del Puerto puesto que es en la que
se observó el mayor porcentaje de degradación del recubrimiento comercial
(recubrimiento 5).
53
Para la comparación se utiliza el costo de degradación el cual se calculó
considerando el % de degradación con un porcentaje del costo del recubrimiento
aplicado que se le suma al valor de costo inicial, al tiempo cero, de la aplicación.
2.6.1. DETERMINACIÓN DEL PRECIO REFERENCIAL DE LA PINTURA QUE
CONTIENE DIÓXIDO DE TITANIO NANOPARTICULADO
Para obtener el precio referencial de la pintura que contiene pigmento
nanoparticulado se utilizó los costos de materia prima referenciales indicados en
la Tabla 2.11, los costos indirectos de fabricación colocados en la Tabla 2.12 y los
costos de mano de obra se observan en la Tabla 2.13.
Tabla 2.11. Costos de materia prima
Componente Concentración
(% en peso)
Precio Componente
($/g)
Fracción del
precio Referencia
Resina alquídica de soya de cadena larga
25,90% 0,0130 0,00337 (Alibaba Group, 2013)
Dióxido de titanio nanoparticulado
18,47% 0,0031 0,00057 (Alibaba Group, 2013)
Solvente 55,63% 0,0012 0,00067 (Alibaba Group, 2013)
Los porcentajes de concentración descritos de materia prima, corresponden a los
datos de la composición del recubrimiento, donde se asume que este está
compuesto por resina, pigmentos y el solvente que en este caso es el thiner.
Para obtener los costos indirectos de fabricación se asume que se van a producir
mil litros del recubrimiento, los cuales serán vendidos en tarros de 1 litro, además
que se elaborará la pintura en un local arrendado y la producción y
comercialización estará a cargo de un obrero y un gerente.
54
Tabla 2.12. Costos indirectos de fabricación
Datos Unidades Costo ($/ mes) Referencia
Agua --- 5 Factura EMAP
Tarros de litro (lata) 1000 500 (Alibaba Group, 2013)
Balanza 1 19,98 (Alibaba Group, 2013)
Etiqueta 1000 60 (Alibaba Group, 2013)
Agitador 1 2000 (Alibaba Group, 2013)
Mesclador 1 550 (Alibaba Group, 2013)
Caneca 50 galones 2 40 (Alibaba Group, 2013)
Luz --- 30 Factura EEQ
Teléfono --- 6 Factura Movistar
Arriendo --- 200 ----
Tabla 2.13. Costos de mano de obra
Personal Costo ($/mes)
Obrero 340,00
Gerente 450,00
Los costos de producción fueron calculados a partir de los datos de costos de
materia prima, costos indirectos de fabricación y los costos de mano de obra
asumiendo que se produjo mil litros de recubrimiento durante un mes; igualmente
se calculó el precio de venta al público del recubrimiento a partir de los costos de
producción y tomando en cuenta una utilidad base del producto igual al 25% del
costo de producción.
2.6.2. DETERMINACIÓN DEL COSTO DE APLICACIÓN DE LOS
RECUBIMIENTOS
Se calculó el costo de aplicación del recubrimiento por metro cuadrado de
superficie, a partir de los datos obtenidos de costo de los insumos utilizados en la
aplicación del recubrimiento descritos en la Tabla 2.14 y de los datos del costo de
aplicación colocados en la Tabla 2.15.
55
Para aplicar el recubrimiento con soplete es necesario mezclarlo con thiner laca
en una relación de 3:1 tal como lo especifica el fabricante, por lo que para
preparar un litro de recubrimiento aplicable fue necesario solo utilizar el 250 ml de
thiner laca lo cual equivale a $ 0,5.
Tabla 2.14. Costos de los insumos utilizados en la aplicación del recubrimiento
Insumo Cantidad Unidad Costo
($ /unidad) Referencia
Pintura comercial Anticorrosiva
1 Litro 5,22 (Alibaba Group, 2013)
Tinher laca 1 Litro 2 (Alibaba Group, 2013)
Plancha de acero al carbono
2,98 Metro
cuadrado 75 (Alibaba Group, 2013)
Los costos de aplicación del recubrimiento se calcularon tomando en cuenta que
se requiere una persona para realizar la tarea la cual gana una remuneración
básica unificada de $ 340 al mes los cual equivale a $ 2,13 la hora si trabaja 20
días al mes durante 8 horas al día. El proceso de aplicación siguió las etapas
descritas a continuación:
1. Preparación de la superficie.
2. Preparación del recubrimiento.
3. Aplicación del recubrimiento.
4. Tiempo de espera después de la aplicación.
5. Segunda aplicación.
Tabla 2.15. Costos de aplicación del recubrimiento
Etapa Duración (min) Costo ($/h)
Preparación de superficie 60 2,13
Preparación de pintura 10 0,33
Aplicación de pintura 5 0,16
Tiempo de espera 60 1,99
Segunda Aplicación 5 0,16
56
Los costos de insumos difieren en el costo del recubrimiento que fue calculado en
base al descrito en el acápite 2.6.1. Además para calcular el costo por metro
cuadrado de aplicación se utilizó el rendimiento especificado por el fabricante que
es de 5 m2 por litro.
57
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LOS SISTEMAS DE
PINTURAS EN LAS DISTINTAS ATMÓSFERAS
La evaluación mensual de los recubrimientos se llevó a cabo mediante los
estándares de apreciación visual mencionados anteriormente, sin embargo los
recubrimientos expuestos únicamente presentaron condiciones de degradación
que se pueden evaluar por medio de los estándares ASTM D 610 (evaluación del
grado de deterioro de los recubrimientos) y el ISO 105-A2 (evaluación de la
perdida de color de los recubrimientos); por tal razón los resultados indicados en
las Tablas 3.1., 3.2. y 3.3 y su análisis se refieren a los estándares mencionados,
para el lado anterior que es el expuesto directamente a la luz solar (LA) y
posterior de las probetas el que no se expone directamente a la luz solar (LP).
Tabla 3.1. Porcentaje de corrosión obtenido mensualmente según el estándar ASTM D610 en la estación Colegio Tello
Tiempo
De
exposición
RECUBRIMIENTO
1 2 3 4 5 6
Inicio LA 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0
1er mes LA 0,01 ± 0,0 0,02 ± 0,01 0,01 ± 0,0 0,02 ± 0,01 0,02 ± 0,01 41,50 ± 16,45
LP 0,01 ± 0,0 0,02 ± 0,01 0,01 ± 0,0 0,02 ± 0,0 0,02 ± 0,0 32,00 ± 0,0
2do mes LA 0,01 ± 0,0 0,04 ± 0,03 0,01 ± 0,0 0,07 ± 0,0 0,04 ± 0,03 41,50 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,04 ± 0,03 0,01 ± 0,0 0,02 ± 0,0 0,09 ± 0,0 35,83 ± 9,81
3er mes LA 0,01 ± 0,0 0,05 ± 0,03 0,01 ± 0,0 0,16 ± 0,08 0,10 ± 0,09 41,50 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,05 ± 0,03 0,01 ± 0,0 0,07 ± 0,0 0,20 ± 0,0 35,83 ± 9,81
4to mes LA 0,01 ± 0,0 0,05 ± 0,03 0,01 ± 0,0 0,50 ± 0,26 0,16 ± 0,08 50,00 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,05 ± 0,03 0,01 ± 0,0 0,20 ± 0,0 0,20 ± 0,0 41,50 ± 14,72
5to mes LA 0,01 ± 0,0 0,11 ± 0,08 0,01 ± 0,0 0,50 ± 0,26 0,46 ± 0,34 50,00 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,05 ± 0,03 0,01 ± 0,0 0,65 ± 0,0 0,20 ± 0,0 41,50 ± 14,72
6to mes LA 0,01 ± 0,0 0,11 ± 0,08 0,01 ± 0,0 0,65 ± 0,0 0,50 ± 0,26 50,00 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,07 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,65 ± 0,0 0,20 ± 0,0 41,50 ± 14,72 (n = 3)
58
Los resultados indicados en las Tablas 3.1., 3.2. y 3.3 corresponden a los
porcentajes de corrosión obtenidos en cada una de las estaciones de ensayo en
los diferentes periodos de evaluación. Además en el Anexo I se sustenta los
resultados con registros fotográficos de los ensayos antes y después de la
exposición. El valor mínimo de degradación que el estándar provee es 0,01% por
lo que este valor se atribuye como degradación inicial de las probetas de ensayo.
Tabla 3.2. Porcentaje de corrosión obtenido mensualmente según el estándar ASTM D610 en la estación Capitanía del puerto
Tiempo
De
exposición
RECUBRIMIENTO
1 2 3 4 5 6
Inicio LA 0,01 ± 0,01 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,01 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0
1er mes LA 0,02 ± 0,01 0,04 ± 0,03 0,02 ± 0,0 0,02 ± 0,0 0,02 ± 0,01 24,50 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,01 0,04 ± 0,03 0,02 ± 0,0 0,04 ± 0,03 0,04 ± 0,0 24,50 ± 0,0
2do mes LA 0,02 ± 0,0 0,10 ± 0,09 0,02 ± 0,0 0,07 ± 0,0 0,07 ± 0,0 41,50 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,01 0,07 ± 0,0 0,02 ± 0,0 0,04 ± 0,03 0,04 ± 0,0 41,50 ± 0,0
3er mes LA 0,02 ± 0,0 0,14 ± 0,10 0,02 ± 0,0 0,20 ± 0,0 0,20 ± 0,0 50,00 ± 0,0
LP 0,02 ± 0,0 0,11 ± 0,08 0,02 ± 0,0 0,04 ± 0,03 0,04 ± 0,0 50,00 ± 0,0
4to mes LA 0,02 ± 0,0 0,14 ± 0,10 0,02 ± 0,0 0,20 ± 0,0 0,20 ± 0,0 50,00 ± 0,0
LP 0,02 ± 0,0 0,11 ± 0,08 0,02 ± 0,0 0,16 ± 0,08 0,16 ± 0,0 50,00 ± 0,0
5to mes LA 0,02 ± 0,0 0,16 ± 0,08 0,02 ± 0,0 0,20 ± 0,0 0,20 ± 0,0 50,00 ± 0,0
LP 0,02 ± 0,0 0,11 ± 0,08 0,02 ± 0,0 0,20 ± 0,0 0,20 ± 0,0 50,00 ± 0,0
6to mes LA 0,02 ± 0,0 0,20 ± 0,0 0,02 ± 0,0 1,65 ± 0,0 0,65 ± 0,0 50,00 ± 0,0
LP 0,02 ± 0,0 0,11 ± 0,08 0,02 ± 0,0 0,50 ± 0,26 0,35 ± 0,0 50,00 ± 0,0 (n = 3)
Los recubrimientos 1 y 3 (TiO2 nano y TiO2 micro) que contienen pigmento de
dióxido de titanio (TiO2), presentaron mejor resistencia a la corrosión con valores
iguales de degradación en las tres estaciones de ensayo. Considerando que
ambos sistemas de pinturas fueron preparados con el mismo tipo de resina base
R70), al igual que la misma cantidad de resina (25,9%) y de pigmento (18,47%),
se infiere que el tamaño de partícula del pigmento no mejoró notablemente la
protección anticorrosiva del sistema de pintura; tal como se esperaba, sin
embargo se debe notar que el análisis cuantitativo realizado según el estándar
59
ASTM D610 no es muy preciso, además que el porcentaje de degradación
obtenido después de seis meses de exposición no supera el 0,05%.
Tabla 3.3. Porcentaje de corrosión obtenido mensualmente según el estándar ASTM D610 en la estación Santo Domingo
Tiempo
De
exposición
RECUBRIMIENTO
1 2 3 4 5 6
Inicio LA 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,01 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,01 0,01 ± 0,0 0,01 ± 0,0
1er mes LA 0,02 ± 0,0 0,04 ± 0,03 0,02 ± 0,0 0,01 ± 0,01 0,04 ± 0,03 13,00 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,05 ± 0,03 0,01 ± 0,0 0,02 ± 0,0 0,02 ± 0,0 6,50 ± 0,0
2do mes LA 0,02 ± 0,0 0,04 ± 0,03 0,02 ± 0,0 0,07 ± 0,0 0,05 ± 0,03 24,50 ± 0,0
LP 0,01 ± 0,0 0,07 ± 0,0 0,02 ± 0,0 0,07 ± 0,0 0,04 ± 0,03 13,00 ± 0,0
3er mes LA 0,02 ± 0,0 0,04 ± 0,03 0,02 ± 0,0 0,07 ± 0,0 0,11 ± 0,08 41,50 ± 0,0
LP 0,02 ± 0,0 0,11 ± 0,08 0,02 ± 0,0 0,2 ± 0,0 0,04 ± 0,03 24,50 ± 0,0
4to mes LA 0,04 ± 0,03 0,04 ± 0,03 0,05 ± 0,03 0,20 ± 0,0 0,16 ± 0,08 50,00 ± 0,0
LP 0,02 ± 0,0 0,11 ± 0,08 0,02 ± 0,0 0,65 ± 0,0 0,11 ± 0,08 50,00 ± 0,0
5to mes LA 0,05 ± 0,03 0,05 ± 0,08 0,05 ± 0,03 0,65 ± 0,0 0,20 ± 0,0 50,00 ± 0,0
LP 0,02 ± 0,0 0,16 ± 0,08 0,02 ± 0,0 0,65 ± 0,0 0,11 ± 0,08 50,00 ± 0,0
6to mes LA 0,05 ± 0,03 0,07 ± 0,08 0,05 ± 0,03 2,00 ± 0,0 0,20 ± 0,0 50,00 ± 0,0
LP 0,02 ± 0,0 0,20 ± 0,0 0,02 ± 0,0 0,65 ± 0,0 0,11 ± 0,08 50,00 ± 0,0
(n = 3)
El recubrimiento 2 que contiene nano partículas de óxido zinc presentó menor
resistencia a la corrosión que el recubrimiento 1 (TiO2 nano). Sin embargo el
recubrimiento 2 posee mejor desempeño que los recubrimientos 4 (Zn3(PO4)2) y 5
(comercial); a pesar que estos contienen pigmentos anticorrosivos en su
formulación.
El recubrimiento 5 (comercial) presentó mejor resistencia a la degradación que el
recubrimiento 4 (Zn3(PO4)2) lo cual se atribuye a la alta carga de pigmento
anticorrosivo que contiene (3,70%); respecto al (0,85%) de pigmento anticorrosivo
que contiene el recubrimiento 4.
60
El recubrimiento 6 que corresponde a la resina R70 presentó la mayor
degradación, lo cual se esperaba ya que no contiene ninguna carga de
pigmentos.
La variación del grado de corrosión en función del tiempo se lo indica en las
Figuras 3.1 - 3.6. En lugar de colocar en el eje de “X” el mes donde se realizó la
inspección se coloca un número, donde el valor de cero corresponde a la
evaluación antes de la exposición y los siguientes números a cada uno de los
meses expuestos.
Figura 3.1. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado anterior
de los recubrimientos en la estación Colegio Tello
En los recubrimientos 1, 2 y 3 (TiO2 nano, ZnO nano, TiO2 micro) se observa que
no hay una tendencia clara de la evolución de la corrosión en ninguna de las
caras de expuestas, ya que no hay mayor degradación durante los seis meses de
exposición.
En el lado anterior y posterior del recubrimiento comercial (recubrimiento 5), se
observa aumento moderado de la velocidad de la degradación a partir del
segundo mes en las estaciones Colegio Tello y Santo Domingo, mientras que en
la estación Capitanía del puerto se observa incremento exponencial de la
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 1 2 3 4 5 6
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Mes de exposición
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
61
velocidad de degradación a partir del tercer mes para ambas caras del
recubrimiento expuesto, lo cual se atribuye a la deposición de cloruros en el
sistema de pintura que aumenta significativamente la velocidad de corrosión.
Figura 3.2. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado anterior de los recubrimientos en la estación Capitanía del puerto
Figura 3.3. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado anterior de los recubrimientos en la estación Santo Domingo
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0 1 2 3 4 5 6
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Mes de exposición
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0 1 2 3 4 5 6
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Mes de exposición
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
62
Figura 3.4. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado posterior
de los recubrimientos en la estación Colegio Tello
Figura 3.5. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado posterior
de los recubrimientos en la estación Capitanía del puerto
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0 1 2 3 4 5 6
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Mes de exposición
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0 1 2 3 4 5 6
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Mes de exposición
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
63
Figura 3.6. Porcentaje de corrosión en función del tiempo de exposición del lado posterior
de los recubrimientos en la estación Santo Domingo
El recubrimiento 4 (Zn3(PO4)2) presenta comportamiento similar al recubrimiento 5
(comercial) sin embargo este se ve mucho más afectado por los contaminantes
presentes en la atmósfera industrial, presentando así mayor porcentaje de
corrosión en la cara expuesta del recubrimiento, mientras que en la cara no
expuesta la corrosión se estabilizó al alcanzar un porcentaje de corrosión del
0.65%, en dos de las tres atmósferas donde la degradación alcanzo dicho
porcentaje, esta estabilización se debe los productos de la corrosión en ciertas
ocasiones actúan consumado en efecto barrera protegiendo al sustrato del
proceso de corrosión, especialmente cuando estos productos están ubicados en
la interface entre el medio de corrosión (oxígeno) y el sustrato.
3.1.1. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN MICROSCÓPICA
Se realizó la evaluación microscópica de los recubrimientos a los seis meses de
exposición con el fin de corroborar el deterioro de los diferentes sistemas de
pintura en las estaciones expuestas. En las Figuras 3.7, 3.8 y 3.9 se presentan
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0 1 2 3 4 5 6
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Mes de exposición
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
64
fotografías de los distintos sistemas de pinturas donde se observa los diferentes
tipos de fallas determinados en los recubrimientos.
El análisis microscópico del recubrimiento 1 (TiO2 nano) muestra partículas
gruesas lo cual indica que existió aglomeración del pigmento durante el proceso
de mezclado en su preparación puesto que uno de los principales factores a
considerar cuando se usa pigmentos nanoparticulados es que las nanopartículas
poseen fuerzas de adhesión extremadamente intensas, lo que conlleva a su fácil
aglomeración (Klaus, et al., 2005, p.47-48).
Lo que no ocurre en el recubrimiento 2 (ZnO nano); esto se atribuye a que este
recubrimiento esta formulado con menor porcentaje de pigmento, tanto así que en
la Figura 3.10 es visible el sustrato y su rugosidad al realizar el lijado en el
proceso de preparación del sustrato por medio de la microscopía.
Lado Anterior Lado Posterior
Recubrimiento 1 (TiO2 nano)
Recubrimiento 2 (ZnO nano)
Figura 3.7. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Colegio Tello a
los seis meses de exposición con un lente de aumento de 10X
65
Lado Anterior Lado Posterior
Recubrimiento 3 (TiO2 micro)
Recubrimiento 4 (Zn3(PO4)2)
Recubrimiento 5 (ZnS2O4+ Zn3(PO4)2) – Comercial
Recubrimiento 6 (Resina)
Figura 3.7. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Colegio Tello a
los seis meses de exposición con un lente de aumento de 10X (Continuación…)
66
Lado Anterior Lado Posterior
Recubrimiento 1 (TiO2 nano)
Recubrimiento 2 (ZnO nano)
Recubrimiento 3 (TiO2 micro)
Recubrimiento 4 (Zn3(PO4)2)
Figura 3.8. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Capitanía del
puerto a los seis meses de exposición con un lente de aumento de 10X
67
Lado Anterior Lado Posterior
Recubrimiento 5 (ZnS2O4+ Zn3(PO4)2) – Comercial
Recubrimiento 6 (Resina)
Figura 3.8. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Capitanía del puerto a los seis meses de exposición con un lente de aumento de 10X (Continuación…)
Lado Anterior Lado Posterior
Recubrimiento 1 (TiO2 nano)
Recubrimiento 2 (ZnO nano)
Figura 3.9. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Santo Domingo a los seis meses de exposición con un lente de aumento de 10X
68
Lado Anterior Lado Posterior
Recubrimiento 3 (TiO2 micro)
Recubrimiento 4 (Zn3(PO4)2)
Recubrimiento 5 (ZnS2O4+ Zn3(PO4)2) – Comercial
Recubrimiento 6 (Resina)
Figura 3.9. Fotografías microscópicas de los recubrimientos en la estación Santo Domingo
a los seis meses de exposición con un lente de aumento de 10X (Continuación…)
69
En vista de que los dos recubrimiento fueron preparados bajo las mismas
condiciones se puede inferir que la dispersión de los pigmentos nanoparticulados
en la matriz polimérica se ven altamente influenciados por el la cantidad de
pigmento a dispersar.
SUSTRATO Y
RUGOSIDAD VISIBLES
Figura 3.10. Fotografía microscópica del recubrimiento 2 (ZnO nano) a los seis meses de exposición
En el recubrimiento 3 (TiO2 micro) se observa una película lisa con escasa
aglomeración o porosidad, esta característica favorece la capacidad de protección
del recubrimiento.
En los recubrimiento 4 y 5 (Zn3(PO4)2, comercial) se observa un film altamente
poroso en el cual se deposita la herrumbre producida del proceso de corrosión,
esta característica porosa lo hace altamente susceptible a la degradación. En los
recubrimientos ubicados en la estación Santo Domingo se observa además la
presencia de materia orgánica la cual se forma por la alta cantidad de agua
presente es este ambiente.
3.1.2. RESULTADOS DE LA ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJOS
La espectroscopia de infrarrojos fue realizada con el espectrofotómetro “Perkin
Elmer Spectrum One”, propiedad de Centro de Investigación Aplicada a
Polímeros, con el fin de evaluar la degradación de los sistemas de pinturas por
medio del análisis de los grupos funcionales más importantes contenidos en el
recubrimiento.
70
Luego de realizar los espectros de los diferentes recubrimientos se observó ruido
excesivo en la mayoría de análisis, ocasionado por la dificultad de la preparación
del recubrimiento expuesto para su análisis, por lo que se procedió a efectuar una
preparación y un barrido del espectro minucioso únicamente al recubrimiento 1
que contiene pigmento nanoparticulado de dióxido de titanio que es el que mejor
resistencia presentó a la corrosión y la resina alquílica base de este recubrimiento
(R70), resina alquílica de soya de cadena larga.
Los espectros del recubrimiento 1 (TiO2 nano) y recubrimiento 6 (resina) sin
exposición y luego de la exposición en la cámara de arco de xenón fueron
tomados del proyecto de titulación realizado por Almeida (2011) ya que estos
tienen las mismas características que los utilizados en el presente estudio.
El análisis de los espectros corresponde a la identificación de bandas de los
grupos funcionales que se indican en la Tabla 3.4. y a la disminución o incremento
de estos en los distintos recubrimientos.
Tabla 3.4. Grupos funcionales identificados en los recubrimientos
Grupo funcional Longitud de onda (cm-1)
CH2 2851
CH3 2920
Carbonilo éster 1719,11
Carbonato (CO3-2) 873,33
OH- y COOH- 3000 a 3500
Skoog, Holler y Nieman (1992) mencionan que la transmitancia tiene un relación
inversa con la concentración de los grupos analizados, es decir a mayor
transmitancia menor concentración y viceversa. En el Anexo 2 se colocan los
espectros obtenidos del análisis por medio de la espectroscopía de infrarrojos
para los recubrimientos 1 y 6.
71
3.1.2.1. Análisis del Recubrimiento 1 (TiO2 nano)
En la Tabla 3.5. se indican los resultados de la transmitancia obtenidos de los
distintos espectros analizados.
Tabla 3.5. Resultados del análisis de grupos funcionales del espectro de infrarrojos del recubrimiento 1 (TiO2 nano)
Lugar de exposición % Transmitancia de cada grupo funcional
OH, COO- CH2 CH3 Carbonilo CO3-2
Sin exposición 54,0 33,0 19,1 30,0 93,0 %
Estación Colegio Tello 4,0 30,0 100,0 3,2 44,0
Estación Capitanía del Puerto 8,0 42,0 98,0 3,0 96,0
Estación Santo Domingo 24,0 60,0 96,0 1,0 93,0
Cámara de Arco de Xenón 46,0 42,5 32,5 28,0 93,0
Los resultados del análisis de grupos funcionales por medio de espectroscopia de
infrarrojos indicado en la Tabla 3.5. se observa un aumento sustancial de los
grupos funcionales OH- y COOH- en las tres estaciones de ensayo. Además la
formación de estos compuestos es menor en la estación Santo Domingo; y en el
ensayo realizado en la cámara de arco de xenón la concentración es ligeramente
mayor al valor obtenido en el recubrimiento sin exposición.
Los compuestos CH2 y CH3 presentan de manera general disminución de la
concentración con respecto a la inicial obtenida, existe mayor disminución en los
ensayos de campo que en el ensayo acelerado, está perdida de material alifático
es mayor en las condiciones de campo ya que las presencia de contaminantes y
de mayores concentraciones de oxígeno en la atmósfera promueve la generación
de grupos OH- y COOH-.
Los ensayos de campo muestran aumento de la concentración de los grupos
carbonilos éster debido a la hidrólisis y oxidación de la resina, mientras que en el
ensayo acelerado se observa un ligero aumento de la concentración de este
compuesto.
72
Se observan concentraciones del grupo carbonato similar a la del recubrimiento
sin exposición en las estaciones Santo Domingo y Capitanía del Puerto, también
en el ensayo acelerado, mientras que en la estación Colegio Tello se observa
aumento de la concentración de este grupo, lo cual indica que no existió
migración del recubrimiento en ninguno de los ensayos.
3.1.2.2. Análisis del Recubrimiento 6 (resina)
En la Tabla 3.6. se colocan los resultados de la transmitancia obtenidos de los
distintos espectros analizados.
Tabla 3.6. Resultados del análisis de grupos funcionales del espectro de infrarrojos del recubrimiento 6 (resina)
Lugar de exposición % Transmitancia de cada grupo funcional
OH, COO- CH2 CH3 Carbonilo CO3-2
Sin exposición 72 58,0 44,0 28,9 ---
Estación Colegio Tello 79,0 81,0 85,0 15,0 ---
Estación Capitanía del Puerto 78 84,0 89,0 38,0 ---
Estación Santo Domingo 65,0 68,0 64,0 34,0 ---
Cámara de Arco de Xenón 80,0 62,0 48 10,0 ---
La comparación de los resultados del análisis por medio de la espectroscopía de
infrarrojos del recubrimiento 6 indicados en la Tabla 3.6., muestra que la
intensidad de las bandas localizadas alrededor de los 2851 y 2920 cm-1,
correspondientes a los grupos CH2 y CH3 respectivamente aumenta en todos los
ensayos realizados con respecto al análisis del recubrimiento sin exposición, lo
cual implica reducción en la concentración por perdida de material alifático. Las
mayores transmitancias, es decir menores concentraciones se dan en los
ensayos realizados en la cámara de arco de xenón y en la estación Santo
Domingo lo cual se debe a la baja concentración de contaminantes y de oxígeno
contenidos en estas atmósferas.
73
Se observa que la transmitancia del grupo carbonilo éster disminuye en la
estación Colegio Tello y en el ensayo en cámara de arco de Xenón respecto al
blanco, mientras que en los otros dos ensayos la transmitancia aumenta, los cual
indica que el efecto de la radiación ultravioleta promueve la formación de grupos
carbonilos, fenómeno que se manifiesta en la estación Colegio Tello, mientras que
la alta humedad presente en las atmósferas marinas y subtropicales fomentan la
ruptura de los enlaces mencionados.
Se observa aumento de la transmitancia de los grupos OH- y COOH-, lo que
implica disminución de la concentración en las estaciones Colegio Tello, Capitanía
del Puerto y El ensayo en cámara de arco de Xenón con respecto al blanco,
mientras que en la estación Santo Domingo se observa disminución de la
transmitancia y por ende aumento de la concentración de dichos grupos, esto nos
indica que la humedad relativa alta promueve la generación de grupos OH- y
COOH-, lo cual se esperaba puesto que al agua aporta grupos OH-, que pueden
intervenir en la reacciones de la cadena de la resina.
3.2. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE
LOS SISTEMAS DE PINTURAS EXPUESTOS A LOS ENSAYOS
ACELERADOS DE CORROSIÓN
3.2.1. ANÁLISIS DEL ENSAYO CÍCLICO PROHESION
El ensayo cíclico “Prohesion” se lo llevo a cabo en la cámara de niebla salina
durante 600 horas. En la Figura 3.11 se indica la comparación entre el lado
anterior y posterior del recubrimiento 1 (TiO2 nano) y el 5 (comercial), donde se
observa que el lado posterior de las probetas expuestas no presentó grado de
corrosión similar al lado anterior, esto debido a que dicha cara no se expone
directamente a la niebla por la inclinación en el cual son colocadas; el mismo
fenómeno ocurrió con los demás recubrimientos, por esta razón no se realiza el
análisis de este lado ya que los resultados observados no se asemejan al
74
comportamiento obtenido en los ensayos de campo. Los resultados obtenidos del
análisis del lado expuesto de las probetas se los indica en la Figura 3.12.
La evaluación del ensayo cíclico Prohesion a las 600 horas de exposición fue
evaluado por medio del estándar ASTM D610, tal como se mencionó en el acápite
2.3.1. Los recubrimientos que presentaron mayor resistencia a la corrosión fueron
los que contienen dióxido de titanio de tamaño micro y de tamaño nano con
iguales porcentajes de corrosión tanto en los ensayos normales como en los que
tenían el corte en X. El recubrimiento 2 que contiene nanopartículas de óxido de
zinc presenta menor resistencia a la corrosión que los ensayos 1 y 3 (TiO2 nano,
TiO2 micro) sin embargo presenta mucha más resistencia que los recubrimientos
4 y 5 (Zn3(PO4)2), comercial).
De manera general se observa mayor corrosión en los ensayos que tienen el
corte en X que en los que no lo tienen, esto es porque la falla inducida ocasiona
que el metal expuesto este en contacto directo con los agentes corrosivos
fomentando el proceso de degradación del recubrimiento.
En la Figura 3.13 se observa claramente que lo ensayos que contienen pigmentos
nanoparticulados y el que contiene dióxido de titanio de tamaño micro no
presentan alta velocidad de degradación durante el ensayo, mientras que los
recubrimiento 4 y 5 (Zn3(PO4)2), comercial) muestran alta velocidad de
degradación a partir de las 271 horas de exposición con tendencias similares.
75
Recubrimiento 1
Lado anterior Lado posterior
Recubrimiento 5
Figura 3.11. Comparación del lado anterior con el lado posterior del recubrimiento 1 y del
recubrimiento 5
76
Figura 3.12. Evaluación del porcentaje de corrosión de los recubrimientos expuestos en el ensayo Prohesion a las 600 horas
Figura 3.13. Porcentaje de corrosión de los recubrimientos expuestos en función del tiempo de exposición al ensayo Prohesión.
0,20 0,07 0,65 2,00
0,20 0,07
24,50 24,50 24,50 24,50
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
Ensayo normal Ensayo con corte en X
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tipo de Ensayo
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0 100 200 300 400 500 600 700
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Horas de exposición
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3
Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
77
3.2.2. ANÁLISIS DEL ENSAYO DE NIEBLA SALINA (B -117)
Al igual que en el ensayo Prohesión la degradación observada en el lado posterior
de las placas no es similar a las del lado anterior expuestas al ensayo B-117 por
lo que el análisis de resultados solo se aplica a la lado expuesto de las placas, los
resultados obtenidos se los expresa en la Figura 3.14.
Figura 3.14. Evaluación del porcentaje de corrosión de los recubrimientos expuestos en el
ensayo B-117 a las 177 horas
Los recubrimiento 1, 2 y 3 muestran porcentajes de corrosión sumamente bajos
en las placas sin corte en X, mientras que en las que tienen el corte se alcanzó
porcentajes de corrosión mucho mayores, lo cual indica que el fallo inducido en
los recubrimiento incrementa la velocidad de degradación de dichos
recubrimientos, cuanto se tiene concentraciones de cloruros en el medio de
corrosión.
Se observa además que cuando las probetas presentan fallos el recubrimiento 1
que contiene pigmento nanoparticulado de dióxido de titanio resistió el doble que
la probeta que contiene pigmento nanoparticulado de óxido de zinc (recubrimiento
2) e igual que la que contiene pigmento dióxido de titanio de tamaño micro
0,02
24,50
0,20
24,50
0,65
50,00 50,00 50,00
13,00 13,00
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
Ensayo normal Ensayo con corte en X
Po
rce
nta
je d
e c
orr
osi
ón
Estación de ensayo
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
78
(recubrimiento 3). El recubrimiento comercial (recubrimiento 5) presenta igual
resistencia a la corrosión tanto en el ensayo con falla inducida así como en el que
no presenta falla, y en ambos casos la resistencia es mucho mayor a la del
recubrimiento 4 (que contiene fosfato de zinc), que presenta un porcentaje de
degradación del 50% con y sin falla inducida.
3.2.3. ANÁLISIS DEL ENSAYO EN CÁMARA DE ARCO DE XENÓN
Los resultados de la evaluación por medio de la escala de grises a las probetas
expuestas al ensayo ASTM D6695-03b-Ciclo 1, se indican en la Tabla 3.7 donde
se observa que todos los recubrimientos expuestos sufrieron algún tipo de
decoloración.
Tabla 3.7. Resultados de la evaluación con escala de grises de las placas expuestas a la cámara de arco de xenón luego de 300 horas de exposición
Recubrimiento Valoración de solidez Observaciones
Recubrimiento 1 2 Y
Recubrimiento 2 3-4 Y
Recubrimiento 3 4-5 Y
Recubrimiento 4 4-5
Recubrimiento 5 4-5
Recubrimiento 6 2-3 Y
*Y = amarillamiento del recubrimiento
Los recubrimiento 1, 2, 3 y 6 presentaron amarillamiento, adicionalmente los
recubrimientos 3 y 6 (TiO2 micro, resina) exhibieron manchas de degradación. Los
recubrimientos 4 y 5 (Zn3(PO4)2), comercial) mostraron decoloración notoria
debido a que el pigmento de los recubrimientos migró hacia la superficie dando un
aspecto blanquecino.
79
3.3. COMPARACIÓN Y CORRELACIÓN DE RESULTADOS
Con el fin de comparar los resultados obtenidos en las distintas atmósferas en
ambas caras de los recubrimientos expuestos, en las Figuras 3.15 y 3.16 se
muestra el porcentaje de degradación de cada recubrimiento en cada estación de
ensayo.
Figura 3.15. Porcentaje de degradación del lado anterior de los recubrimientos en las distintas atmósferas
En las tres atmósferas de análisis el lado expuesto hacia la luz solar presentó
mayor deterioro que el lado no expuesto, lo cual se debe principalmente a la
degradación que sufre el recubrimiento por la acción de la luz UV. Sin embargo,
se presenta una excepción en el recubrimiento 2 expuesto en la Estación Santo
Domingo, ya que la alta generación de materia orgánica sobre el recubrimiento no
permitió diferenciar claramente el deterioro del mismo.
0,01 0,02 0,05 0,11 0,20
0,11 0,01 0,02 0,05
0,65 0,65
2,00
0,20 0,35
0,11
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
Colegio Tello Capitanía del Puerto Santo Domingo
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Estación de ensayo
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
80
Figura 3.16. Porcentaje de degradación del lado posterior de los recubrimientos en las
distintas atmósferas
De las figuras 3.15 y 3.16 se realizan los siguientes análisis de resultados:
Los pigmentos nanoparticulados presentaron una ligera menor resistencia a la
corrosión en la estación Santo Domingo, en ambos lados de exposición; sin
embargo el pequeño porcentaje de degradación obtenida y la gran incertidumbre
atribuida al estándar ASTM, no permiten concluir que la atmósfera de Santo
Domingo incida notoriamente en el aumento de la degradación.
El recubrimiento 4 que contiene fosfato de zinc, presenta menor resistencia en el
lado expuesto en la estación Santo Domingo, en cambio en el lado no expuesto
se observa degradación similar en las tres estaciones con porcentajes parecidos a
los del lado expuesto en las dos estaciones restantes, lo cual indica que el efecto
de la luz solar sumado con el alto porcentaje de agua de la atmósfera de Santo
Domingo favorecen la degradación de este recubrimiento, el cual esta formulado
en base a una resina alquílica de soya de cadena corta.
El recubrimiento comercial (recubrimiento 5) presenta mayor degradación en la
estación Capitanía del Puerto, lo cual indica que el recubrimiento se deteriora con
facilidad al estar en contacto con una atmósfera que contiene cloruros. Sin
0,01 0,02 0,02 0,07
0,11
0,20
0,01 0,02 0,02
0,65
0,50
0,65
0,20
0,35
0,11
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
Colegio Tello Capitanía del Puerto Santo Domingo
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Estación de ensayo
Recubrimiento 1 Recubrimiento 2 Recubrimiento 3 Recubrimiento 4 Recubrimiento 5
81
embargo se observa en cada una de las tres atmósferas expuestas resultados
iguales de degradación en ambas caras expuestas por lo que se infiere que la
radiación UV no influye en la degradación de este sistema de pintura.
Como se mencionó anteriormente el recubrimiento 2 (ZnO nano) que contiene
nanopartículas de óxido de zinc fue el que obtuvo menor desempeño frente a la
corrosión de los dos sistemas de pinturas con pigmentos nanoparticulados
expuestos, tomando en cuenta que ambos recubrimientos fueron formulados con
el mismo tipo de resina, se atribuye este comportamiento a que el recubrimiento 2
contiene menor porcentaje de pigmentos. Esto se puede corroborar por medio del
análisis microscópico realizado en la sección 3.1.1., ya que se observa
claramente un film del recubrimiento traslucido similar al de la resina expuesta.
3.4. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL
RECUBRIMIENTO MENOS RESISTENTE A LA CORROSIÓN
SUJETO A ENSAYOS ACELERADOS
Por medio del programa estadístico Stat Graphics se realizó un análisis
exploratorio de los datos estadísticos obtenidos con el fin de determinar la
variabilidad de los datos, los valores atípicos y atípicos severos.
Se observó que no todas las distribuciones de los conjuntos de datos son
asimétricas, ya que los valores de la media aritmética difieren significativamente
de la mediana, además de que ciertos valores de desviación estándar son
bastante grandes.
Con los valores de las cotas superior e inferior, obtenidas por medio del primer
cuartil, tercer cuartil y el rango intercuartil, se determina los valores atípicos los
cuales se encuentran entre la primera y segunda cota inferior o entre la primera y
segunda cota superior, también se determina valores atípicos severos que son los
que están sobre la segunda cota superior y bajo la segunda cota inferior.
82
En las Tabla 3.8, Tabla 3.9 y Tabla 3.10 se presentan en columnas los distintos
porcentajes de degradación de la observación realizada a cada una de las diez
probetas de ensayo en su correspondiente tiempo de exposición; para cada grupo
de datos se indica los resultados del análisis estadístico realizado.
Cabe mencionar que en todas las evaluaciones realizadas con el estándar ASTM
D610 el valor de porcentaje de degradación asignado a tiempo cero, es decir al
inicio del ensayo es de 0,01%, esto se debe a que este es el valor de ponderación
mínimo de estándar, lo cual no significa que al tiempo cero en todas las probetas
analizadas se tiene un porcentaje de degradación de 0,01.
3.4.1. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE DEGRADACIÓN UTILIZANDO EL
ESTANDAR ASTM D610
Los resultados indicados en la Tabla 3.8. corresponden a los resultados del primer
ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610 y muestran tres valores
atípicos en el grupo de datos de la evaluación realizada a las 61 horas de
exposición los cuales corresponden a las probetas 1, 2 y 3 con un valor de 24,5 %
de degradación y el grupo de datos de la evaluación realizada a las 25 horas de
exposición muestra un valor atípico severo en la probeta 3 y un atípico en la
probeta 10 con un valor de 6,5% y 2% de degradación respectivamente.
83
Tabla 3.8. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al primer ensayo acelerado B117 por medio del estándar ASTM D610
Número de replica Tiempo de exposición en horas
0 25 48 61 117 140 162 202
DE
GR
AD
AC
IÓN
(%
)
1 0,01 0,65 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50 41,50
2 0,01 0,65 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50 41,50
3 0,01 6,50 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50 41,50
4 0,01 0,65 6,50 6,50 13,00 24,50 24,50 41,50
5 0,01 0,65 2,00 6,50 13,00 13,00 24,50 41,50
6 0,01 0,65 2,00 6,50 13,00 24,50 24,50 41,50
7 0,01 0,20 13,00 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50
8 0,01 0,20 13,00 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50
9 0,01 0,20 13,00 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50
10 0,01 2,00 13,00 13,00 24,50 24,50 41,50 41,50
Datos estadísticos
Mínimo 0,01 0,20 2,00 6,50 13,00 13,00 24,50 41,50
1er Cuartil 0,01 0,20 6,50 6,50 13,00 24,50 24,50 41,50
Mediana 0,01 0,65 13,00 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50
Media 0,01 1,24 10,15 14,50 26,15 33,55 36,40 41,50
3er Cuartil 0,01 0,65 13,00 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50
Máximo 0,01 6,50 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50 41,50
Desviación estándar 0,00 1,92 4,75 7,46 11,72 10,79 8,21 0,00
Rango intercuartil 0,00 0,45 6,50 6,50 11,50 17,00 17,00 0,00
1ra cota inferior 0,01 -0,48 -3,25 -3,25 -4,25 -1,00 -1,00 41,50
2da cota inferior 0,01 -1,15 -13,00 -13,00 -21,50 -26,50 -26,50 41,50
1ra cota superior 0,01 1,33 22,75 22,75 41,75 67,00 67,00 41,50
2da cota superior 0,01 2,00 32,50 32,50 59,00 92,50 92,50 41,50
En el gráfico de caja de la Figura 3.17 se colocan los valores atípicos y atípicos
severos en cada tiempo de exposición.
84
Figura 3.17. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 25 y 61 horas de exposición para el primer ensayo evaluado por medio del estándar ASTM
D610
Los resultados de la evaluación del segundo ensayo colocados en la Tabla 3.9.
muestran tres valores atípicos en la evaluación realizada a la 22 horas de
exposición los cuales corresponden a las probetas 1, 6 y 8 con un valor de 2% de
degradación, en la evaluación realizada a las 23 horas se observa que las
probetas 1 y 8 mantienen su tendencia atípica con valores de 6,5% de
degradación y a las 169 horas de exposición la probeta 7 es la que presenta valor
atípico de 24,5 % de degradación.
01
23
45
6
X2
5.h
ora
s
10
15
20
25
X6
1.h
ora
s
85
Tabla 3.9. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al segundo ensayo acelerado B117 por medio del estándar ASTM D610
Número de replica
Tiempo de exposición en horas
0 9 21 22 23 76 98 121 144 169 181
DE
GR
AD
AC
IÓN
(%
)
1 0,01 0,65 0,65 2,00 6,50 13,00 24,50 24,50 24,50 41,50 41,50
2 0,01 0,02 0,20 0,65 2,00 13,00 24,50 24,50 41,50 41,50 41,50
3 0,01 0,65 0,65 0,65 2,00 13,00 24,50 24,50 24,50 41,50 41,50
4 0,01 0,02 0,07 0,07 0,07 13,00 24,50 24,50 24,50 41,50 41,50
5 0,01 0,65 0,65 0,65 2,00 13,00 24,50 24,50 41,50 41,50 41,50
6 0,01 0,65 0,65 2,00 2,00 13,00 24,50 24,50 41,50 41,50 41,50
7 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 6,50 13,00 24,50 24,50 24,50 41,50
8 0,01 0,20 0,65 2,00 6,50 6,50 13,00 24,50 41,50 41,50 41,50
9 0,01 0,07 0,20 0,20 0,20 13,00 24,50 24,50 24,50 41,50 41,50
10 0,01 0,02 0,20 0,20 0,20 6,50 13,00 24,50 24,50 41,50 41,50
Datos estadísticos
Mínimo 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 6,50 13,00 24,50 24,50 24,50 41,50
1er Cuartil 0,01 0,02 0,20 0,20 0,20 6,50 13,00 24,50 24,50 41,50 41,50
Mediana 0,01 0,13 0,43 0,65 2,00 13,00 24,50 24,50 24,50 41,50 41,50
Media 0,01 0,29 0,39 0,84 2,15 11,05 21,05 24,50 31,30 39,80 41,50
3er Cuartil 0,01 0,65 0,65 0,65 2,00 13,00 24,50 24,50 41,50 41,50 41,50
Máximo 0,01 0,65 0,65 2,00 6,50 13,00 24,50 24,50 41,50 41,50 41,50
Desvstd 0,00 0,31 0,28 0,83 2,46 3,14 5,56 0,00 8,78 5,38 0,00
Di 0,00 0,63 0,45 0,45 1,80 6,50 11,50 0,00 17,00 0,00 0,00
1ra cot.i 0,01 -0,93 -0,48 -0,48 -2,50 -3,25 -4,25 24,50 -1,00 41,50 41,50
2da cot.i 0,01 -1,87 -1,15 -1,15 -5,20 -13,00 -21,50 24,50 -26,50 41,50 41,50
1ra cot.s 0,01 1,60 1,33 1,33 4,70 22,75 41,75 24,50 67,00 41,50 41,50
2da cot.s 0,01 2,54 2,00 2,00 7,40 32,50 59,00 24,50 92,50 41,50 41,50
Di: Rango intercuartil 1ra cot.i: Primera cota inferior 1ra cot.s: Primera cota superior 2da cot.i: Segunda cota inferior 2da cot.s: Segunda cota superior
Las Figuras 3.18 y 3.19 indican las gráficas de caja obtenidas para el segundo
ensayo en los tiempos de exposición donde se presentan datos atípicos.
86
Figura 3.18. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las
22 y 23 horas de exposición para el segundo ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
Figura 3.19. Diagramas de caja del grupo de datos de la evaluación realizada a las 169 horas de exposición para el segundo ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
Los resultados del tercer ensayo se muestran en la Tabla 3.10., de los cuales se
observa valores atípicos en las observaciones realizadas a la 4,5, 5,5, 6,5, 7,5 y
152 horas de exposición, donde la probeta 5 es la que muestra esta desviación en
las 4 observaciones mencionadas con porcentajes de degradación de 0,07, 0,65,
2,0 y 2,0 respectivamente, en la observación realizada a las 6,5 horas además se
observa valor atípico en la probeta 8 con un valor de 0,65% de degradación y en
la última observación en la probeta 4 con un porcentaje de degradación del
24,5%.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
X2
2.h
ora
s
01
23
45
6
X2
3.h
ora
s
25
30
35
40
X1
69
.ho
ras.
87
Tabla 3.10. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al tercer ensayo acelerado B117 por medio del estándar ASTM D610
Número de replica Tiempo de exposición en horas
0 4.5 5.5 6.5 7.5 55 98 152
DE
GR
AD
AC
IÓN
(%
)
1 0,00 4,50 5,50 6,50 7,50 55,00 98,00 152,00
2 0,01 0,01 0,02 0,02 0,20 13,00 24,50 41,50
3 0,01 0,01 0,07 0,07 0,07 24,50 24,50 41,50
4 0,01 0,01 0,20 0,20 0,65 24,50 24,50 24,50
5 0,01 0,01 0,02 0,02 0,07 24,50 24,50 41,50
6 0,01 0,07 0,65 2,00 2,00 13,00 24,50 41,50
7 0,01 0,01 0,07 0,20 0,65 13,00 24,50 41,50
8 0,01 0,01 0,02 0,20 0,65 13,00 24,50 41,50
9 0,01 0,02 0,20 0,65 0,65 13,00 24,50 41,50
10 0,01 0,02 0,07 0,20 0,20 13,00 24,50 41,50
Datos estadísticos
Mínimo 0,01 0,01 0,02 0,02 0,07 13,00 24,50 24,50
1er Cuartil 0,01 0,01 0,07 0,07 0,20 13,00 24,50 41,50
Mediana 0,01 0,01 0,07 0,20 0,43 13,00 24,50 41,50
Media 0,01 0,02 0,14 0,36 0,53 16,45 24,50 39,80
3er Cuartil 0,01 0,02 0,20 0,20 0,65 24,50 24,50 41,50
Máximo 0,01 0,07 0,65 2,00 2,00 24,50 24,50 41,50
Desviación estándar 0,00 0,02 0,19 0,60 0,58 5,56 0,00 5,38
Rango intercuartil 0,00 0,01 0,14 0,14 0,45 11,50 0,00 0,00
1ra cota inferior 0,01 -0,01 -0,14 -0,14 -0,48 -4,25 24,50 41,50
2da cota inferior 0,01 -0,02 -0,34 -0,34 -1,15 -21,50 24,50 41,50
1ra cota superior 0,01 0,04 0,40 0,40 1,33 41,75 24,50 41,50
2da cota superior 0,01 0,05 0,61 0,61 2,00 59,00 24,50 41,50
En las Figuras 3.20, 3.21 y 3.22 se coloca los gráficos de caja obtenidos para
cada una de las observaciones que presentan los valores atípicos determinados.
88
Figura 3.20. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 4,5 y 5,5 horas de exposición para el tercer ensayo evaluado por medio del estándar ASTM
D610
Figura 3.21. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 6,5 y 7,5 horas de exposición para el tercer ensayo evaluado por medio del estándar ASTM
D610
En vista de que generalmente las probetas no muestran tendencia atípica durante
toda la exposición no se puede atribuir este comportamiento a un fallo en la
aplicación total del recubrimiento, sin embargo se debe considerar que la
evaluación por medio del estándar ASTM está sujeta a una amplia incertidumbre
aportada por el analista, por lo que estos valores atípicos encontrados pueden
estar sujetos a este parámetro.
0.0
10
.02
0.0
30
.04
0.0
50
.06
X4
.5.h
ora
s
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X5
.5.h
ora
s
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
X6
.5.h
ora
s
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
X7
.5.h
ora
s
89
Figura 3.22. Diagramas de caja del grupo de datos de la evaluación realizada a las 169 horas de exposición para el tercer ensayo evaluado por medio del estándar ASTM D610
La variación del grado de corrosión con respecto al tiempo será analizada en los
tres ensayos a través de los promedios obtenidos de cada conjunto de datos
representados en la Figura 3.23 sin descartar ninguno de los datos atípicos
obtenidos.
Figura 3.23. Variación del porcentaje de corrosión de los tres ensayos del recubrimiento comercial, sujeto al estudio acelerado de corrosión evaluado por medio del estándar ASTM
D610
25
30
35
40
X1
52
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
1er. Ensayo 2do. Ensayo 3er. Ensayo
90
De manera general se observa una tendencia lineal de la degradación del
recubrimiento en función del tiempo a partir de las 24 horas de exposición al
ensayo acelerado de corrosión, mientras que en las primeras 24 horas que se
indican en la Figura 3.24, se observa tendencia exponencial similar en los
ensayos 2 y 3 y lineal en el ensayo 1, esto se tiene únicamente dos puntos de
análisis en ese periodo en el ensayo 1 y en los dos ensayos restantes se tiene
mayor número de observaciones.
Figura 3.24. Variación del porcentaje de corrosión de los tres ensayos del recubrimiento comercial, sujeto al estudio acelerado de corrosión durante las primeras 24 horas de
exposición evaluado por medio del estándar ASTM D610
3.4.2. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE DEGRADACIÓN UTILIZANDO EL
SOFTWARE INFORMÁTICO
En la Tabla 3.11 si indican los resultados de la evaluación estadística del primer
ensayo acelerado de los cuales se observa dos valores atípicos a las 25 horas de
evaluación correspondientes a las probetas 2 y 3 con valores de 1,75 y 1,77 % de
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 5 10 15 20 25
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
1er. Ensayo 2do. Ensayo 3er. Ensayo
91
degradación. En la Figura 3.25 se coloca en diagrama de caja correspondiente a
la evaluación a las 25 horas donde se observa el valor atípico obtenido.
Tabla 3.11. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al primer
ensayo acelerado B117 por medio del programa Corel Photo Paint
Número de replica Tiempo de exposición en horas
0 25 48 61 117 140 162 202
DE
GR
AD
AC
IÓN
(%
)
1 0,00 0,77 7,93 11,33 47,97 55,15 58,33 69,25
2 0,00 1,75 7,43 14,46 38,30 42,70 61,15 85,42
3 0,00 1,77 14,07 18,86 51,91 58,26 60,22 84,16
4 0,00 0,89 2,00 7,10 12,19 21,69 40,73 50,51
5 0,00 1,04 3,31 11,06 12,25 13,47 27,99 57,26
6 0,00 0,69 2,73 15,28 21,20 36,35 49,97 59,39
7 0,00 0,39 2,26 7,91 21,97 24,40 42,18 52,27
8 0,00 0,64 2,15 12,75 37,65 42,70 53,13 78,53
9 0,00 1,00 3,99 15,44 37,61 42,82 61,42 78,96
10 0,00 0,92 6,95 19,76 36,91 40,50 62,74 80,47
Datos estadísticos
Mínimo 0,00 0,39 2,00 7,10 12,19 13,47 27,99 50,51
1er Cuartil 0,00 0,71 2,38 11,13 21,39 27,39 44,13 57,79
Mediana 0,00 0,91 3,65 13,60 37,26 41,60 55,73 73,89
Media 0,00 0,99 5,28 13,40 31,80 37,81 51,79 69,62
3er Cuartil 0,00 1,03 7,31 15,40 38,13 42,79 60,92 80,09
Máximo 0,00 1,77 14,07 19,76 51,91 58,26 62,74 85,42
Desviación estándar 0,00 0,45 3,85 4,20 14,06 14,27 11,55 13,62
Rango intercuartil 0,00 0,32 4,93 4,28 16,74 15,40 16,79 22,30
1ra cota inferior 0,00 0,23 -5,02 4,71 -3,72 4,29 18,95 24,34
2da cota inferior 0,00 -0,25 -12,42 -1,70 -28,83 -18,81 -6,24 -9,11
1ra cota superior 0,00 1,50 14,71 21,82 63,24 65,89 86,11 113,54
2da cota superior 0,00 1,98 22,12 28,23 88,35 88,99 111,29 146,99
92
Figura 3.25. Diagrama de caja del grupos de datos de la evaluación realizada a las 25 horas de exposición del primer ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
Los resultados del segundo ensayo se muestran en la Tabla 3.12 donde se
observan valores atípicos en las evaluaciones realizadas a las 22, 23, 121 y 144
horas, en las 22 horas los valores atípicos se observan en las probetas 9 y 10 con
degradaciones de 1,20% y 1,21% a las 23 horas el carácter atípico se mantiene
en la probeta 10 con un valor de 1,35 % mientras que la probeta 9 conforma un
valor atípico severo con un 2,01% y la probeta 7 muestra un valor atípico de
0,21%, a las 121 horas únicamente la probeta 9 muestra valores anormales de
49,66% y a las 144 horas la probeta 7 presenta desviación atípica de 24,98% de
degradación. En las Figuras 3.26, y 3.27 se colocan los diagramas que
representan los valores atípicos y atípicos severos obtenidos en los diferentes
grupos de datos.
Figura 3.26. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 22 y 23 horas de exposición del segundo ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
X2
5.h
ora
s
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
X2
2.h
ora
s
0.5
1.0
1.5
2.0
X2
3.h
ora
s
93
Tabla 3.12. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al segundo ensayo acelerado B117 por medio del programa Corel Photo Paint
Número de replica
Tiempo de exposición en horas
0 9 21 22 23 76 98 121 144 169
DE
GR
AD
AC
IÓN
(%
)
1 0,00 0,34 0,56 0,81 0,85 9,63 17,07 27,00 39,78 42,27
2 0,00 0,18 0,28 0,41 0,65 11,08 20,05 37,31 43,38 47,60
3 0,00 0,39 0,41 0,45 0,89 10,81 18,01 30,17 45,60 48,02
4 0,00 0,19 0,23 0,37 0,37 10,98 23,95 25,22 38,71 46,63
5 0,00 0,44 0,49 0,51 0,84 10,30 17,91 30,63 57,86 58,79
6 0,00 0,65 0,68 0,72 0,85 20,23 39,44 43,69 57,18 70,22
7 0,00 0,13 0,20 0,21 0,21 6,71 11,33 20,71 24,98 38,04
8 0,00 0,15 0,26 0,44 0,77 17,13 31,78 34,81 43,50 57,25
9 0,00 0,63 1,08 1,21 2,01 29,86 34,66 49,66 55,12 58,13
10 0,00 0,52 0,68 1,20 1,35 27,77 31,09 36,49 44,10 63,81
Datos estadísticos
Mínimo 0,00 0,13 0,20 0,21 0,21 6,71 11,33 20,71 24,98 38,04
1er Cuartil 0,00 0,18 0,26 0,41 0,65 10,82 18,01 30,17 43,38 47,60
Mediana 0,00 0,36 0,45 0,48 0,84 11,03 22,00 32,72 43,80 52,63
Media 0,00 0,36 0,49 0,63 0,88 15,45 24,53 33,57 45,02 53,08
3er Cuartil 0,00 0,52 0,68 0,72 0,89 20,23 31,78 37,31 55,12 58,79
Máximo 0,00 0,65 1,08 1,21 2,01 29,86 39,44 49,66 57,86 70,22
Desvstd 0,00 0,20 0,27 0,35 0,50 8,05 9,17 8,72 9,94 10,14
Di 0,00 0,34 0,41 0,32 0,24 9,41 13,77 7,14 11,74 11,19
1ra cot.i 0,00 -0,33 -0,36 -0,07 0,29 -3,30 -2,65 19,46 25,77 30,82
2da cot.i 0,00 -0,84 -0,98 -0,54 -0,07 -17,42 -23,30 8,75 8,16 14,03
1ra cot.s 0,00 1,03 1,29 1,19 1,25 34,34 52,44 48,02 72,73 75,58
2da cot.s 0,00 1,54 1,91 1,67 1,61 48,46 73,09 58,73 90,34 92,36 Di: Rango intercuartil 1ra cot.i: Primera cota inferior 1ra cot.s: Primera cota superior 2da cot.i: Segunda cota inferior 2da cot.s: Segunda cota superior 2da cot.s: Segunda cota superior
94
Figura 3.27. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las 121 y 144 horas de exposición del segundo ensayo por medio del programa Corel Photo
Paint
En el tercer ensayo realizado y evaluado por medio del programa informático se
obtuvo tres valores atípicos indicados en las Figuras 3.28 y 3.29 en los grupos de
datos analizados de las evaluaciones realizadas a las 4,5, 5,5 y 152 horas como
se puede observar en la Tabla 3.13. Los valores atípicos corresponden a la
probeta 5 con un valor de 0,07 % a las 4.5 horas, en la probeta 3 a las con un
valor de 0,62% a las 5,5 horas y en la probeta 10 con un valor de 81,73% de
degradación a las 152 horas de exposición.
Figura 3.28. Diagramas de caja de los grupos de datos de las evaluaciones realizadas a las
4,5 y 5,5 horas de exposición del segundo ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
20
25
30
35
40
45
50
X1
21
.ho
ras
25
30
35
40
45
50
55
X1
44
.ho
ras
0.0
00
.01
0.0
20
.03
0.0
40
.05
0.0
6
X4
.5.h
ora
s
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X5
.5.h
ora
s
95
Tabla 3.13. Resultados de la evaluación del recubrimiento comercial sujeto al tercer ensayo acelerado B117 por medio del programa Corel Photo Paint
Número de replica Tiempo de exposición en horas
0 4.5 5.5 6.5 7.5 55 98 152
DE
GR
AD
AC
IÓN
(%
)
1 0,00 0,00 0,29 0,32 0,53 19,28 43,58 57,58
2 0,00 0,00 0,29 0,87 1,25 18,74 43,94 49,70
3 0,00 0,00 0,62 1,21 2,26 11,77 14,10 45,01
4 0,00 0,00 0,20 0,24 0,41 20,59 21,88 50,90
5 0,00 0,07 0,20 0,72 2,03 14,70 32,76 46,37
6 0,00 0,00 0,17 1,14 1,49 14,82 34,55 40,91
7 0,00 0,00 0,14 0,51 0,89 11,97 20,63 46,14
8 0,00 0,02 0,17 0,63 0,90 16,50 34,16 58,73
9 0,00 0,02 0,15 0,50 0,90 10,18 57,84 76,06
10 0,00 0,02 0,29 0,26 0,46 11,98 56,47 81,73
Datos estadísticos
Mínimo 0,00 0,00 0,14 0,24 0,41 10,18 14,10 40,91
1er Cuartil 0,00 0,00 0,17 0,50 0,89 11,97 21,88 46,14
Mediana 0,00 0,00 0,20 0,57 0,90 14,76 34,36 50,30
Media 0,00 0,01 0,25 0,64 1,11 15,05 35,99 55,31
3er Cuartil 0,00 0,02 0,29 0,87 1,49 16,50 43,94 58,73
Máximo 0,00 0,07 0,62 1,21 2,26 20,59 57,84 81,73
Desviación estándar 0,00 0,02 0,14 0,35 0,64 3,62 14,71 13,64
Rango intercuartil 0,00 0,02 0,12 0,37 0,60 4,53 22,06 12,59
1ra cota inferior 0,00 -0,03 -0,02 -0,05 0,00 5,18 -11,21 27,26
2da cota inferior 0,00 -0,06 -0,20 -0,60 -0,90 -1,62 -44,30 8,37
1ra cota superior 0,00 0,05 0,47 1,42 2,38 23,30 77,03 77,62
2da cota superior 0,00 0,08 0,65 1,98 3,28 30,09 110,12 96,50
La variación del grado de corrosión con respecto al tiempo será analizada en los
tres ensayos a través de los promedios obtenidos de cada conjunto de datos
representados en la Figura 3.30 sin descartar ninguno de los datos atípicos
obtenidos.
96
Figura 3.29. Diagrama de caja del grupos de datos de la evaluación realizada a las 152 horas de exposición del primer ensayo por medio del programa Corel Photo Paint
Figura 3.30. Variación del porcentaje de corrosión de los tres ensayos del recubrimiento comercial, sujeto al estudio acelerado de corrosión evaluado por medio del programa Corel
Photo Paint
Al igual que en la evaluación realizada por medio del estándar ASTM D610 se
observa una tendencia lineal de la degradación del recubrimiento en función del
tiempo a partir de las 24 horas de exposición al ensayo acelerado de corrosión,
mientras que en las primeras 24 horas que se indican en la Figura 3.31, se
observa tendencia exponencial similar en los ensayos 2 y 3 y lineal en el ensayo
40
50
60
70
80
X1
52
.ho
ras
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
1er. Ensayo 2do. Ensayo 3er. Ensayo
97
1, esto se tiene únicamente dos puntos de análisis en ese periodo en el ensayo 1
y en los dos ensayos restantes se tiene mayor número de observaciones.
Figura 3.31. Variación del porcentaje de corrosión de los tres ensayos del recubrimiento comercial, sujeto al estudio acelerado de corrosión durante las primeras 24 horas de
exposición evaluado por medio del programa Corel Photo Paint
3.4.3. COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN
UTILIZANDO EL ESTANDAR ASTM D6010 CON LA EVALUACIÓN
UTILIZANDO EL PROGRAMA COREL PHOTO PAINT
Los resultados estadísticos de las evaluaciones utilizando las distintas
metodologías mencionadas muestran varios valores atípicos y atípicos severos
los cuales normalmente se encuentra entre los cuartiles superiores lo que indica
que el comportamiento anormal tiende hacia el incremento de la degradación con
respecto al valor medio.
De igual manera en ambas evaluaciones la presencia de valores atípicos es de
carácter aleatorio, es decir no siguen ningún tipo de tendencia, ya que siempre
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 5 10 15 20 25
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
1er. Ensayo 2do. Ensayo 3er. Ensayo
98
aparecen en diferentes tiempos de exposición y en diferentes probetas, por lo que
no se excluye total ni parcialmente ninguna de las probetas expuestas del
análisis.
Considerando que todas las probetas fueron preparadas con el mismo
recubrimiento, los mismos equipos de aplicación, similar tiempo y condición
ambiental de secado y expuestos en la misma cámara salina manteniendo las
condiciones de control estables; la presencia de valores atípicos determinados en
las evaluaciones se pueden atribuir principalmente a que el análisis de
apreciación visual de la degradación está sujeto al error aportado por el analista,
en algunos casos a fallas localizadas del recubrimiento durante la aplicación y a la
variación del espesor del recubrimiento puesto que la aplicación de este no es
completamente homogénea en toda la superficie de la probeta.
Con el fin de observar fácilmente la variación en las distintas evaluaciones
realizadas se comparan cada ensayo en las Figuras 3.32, 3.33 y 3.34.
Figura 3.32. Comparación de los resultados de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el primer ensayo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
1er. Ensayo ASTM 1er. Ensayo COREL
99
Figura 3.33. Comparación de los resultados de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el segundo ensayo
Figura 3.34. Comparación de los resultados de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el tercer ensayo
0
10
20
30
40
50
60
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
2do. Ensayo ASTM 2do. Ensayo COREL
0
10
20
30
40
50
60
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
3er. Ensayo ASTM 3er. Ensayo COREL
100
Se observa claramente que los resultados de degradación en función del tiempo
obtenidos para cada uno de los ensayos son mayores en la evaluación realizada
con el programa Corel Photo Paint que en la realizada con el estándar ASTM,
además conforme aumenta el tiempo de exposición aumenta la diferencia entre el
valor obtenido en las distintas evaluaciones.
Como se observó anteriormente los datos obtenidos en los distintos ensayos
muestran tendencia lineal a partir de las 24 horas de exposición, por esta razón se
procedió a obtener las regresiones lineales indicadas en las Figuras 3.35, 3.36 y
3.37 para los distintos ensayos a partir del tiempo mencionado. Además se
considera que no se pierde demasiada información al excluir los datos de las
primeras 24 horas, puesto que en ninguno de los casos se supera el 5% de
degradación.
Figura 3.35. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el primer ensayo a partir de las
24 horas de exposición
y = 0,2272x - 1,1495 R² = 0,9747
y = 0,385x - 11,429 R² = 0,9872
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
1er. Ensayo ASTM 1er. Ensayo COREL
Lineal (1er. Ensayo ASTM) Lineal (1er. Ensayo COREL)
101
Figura 3.36. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el segundo ensayo a partir de las
24 horas de exposición
Figura 3.37. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el tercer ensayo a partir de las 24
horas de exposición
y = 0,2637x - 6,1876 R² = 0,9873
y = 0,3748x - 9,9976 R² = 0,9909
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
2do. Ensayo ASTM 2do. Ensayo COREL
Lineal (2do. Ensayo ASTM) Lineal (2do. Ensayo COREL)
y = 0,2623x - 0,1134 R² = 0,9884
y = 0,382x - 3,3556 R² = 0,9919
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
3er. Ensayo ASTM 3er. Ensayo COREL
Lineal (3er. Ensayo ASTM) Lineal (3er. Ensayo COREL)
102
Todos los valores de R al cuadrado de las regresiones obtenidas son similares, lo
cual indica que en todas las evaluaciones realizadas existe similar variabilidad de
la degradación con respecto a la variable de entrada que es el tiempo.
Así también las pendientes de los distintos ensayos son similares para cada
metodología de evaluación ya sea por medio del estándar ASTM D610 o del
programa COREL PHOTO PAINT, lo que implica que en cada tipo de evaluación
en los tres ensayos la velocidad a la cual se da la degradación es parecida.
Además la velocidad de degradación obtenida por medio del programa COREL
PHOTO PAINT resulta mayor que la obtenida por medio del estándar ASTM
D610.
En la Figuras 3.38, 3.39 y 3.40 se indican las gráficas que comparan las
evaluaciones realizadas por medio del programa Corel Photo Paint y del estándar
ASTM D610, utilizando los promedios obtenidos excluyendo los valores atípicos.
Figura 3.38. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el primer ensayo durante toda la
exposición excluyendo valores atípicos
y = 0,2375x - 2,9826 R² = 0,9754
y = 0,3856x - 11,525 R² = 0,9875
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
1er. Ensayo ASTM 1er. Ensayo COREL
Lineal (1er. Ensayo ASTM) Lineal (1er. Ensayo COREL)
103
Figura 3.39. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el segundo ensayo durante toda
la exposición excluyendo valores atípicos
Figura 3.40. Comparación de las regresiones lineales obtenidas de la evaluación realizada por medio del estándar ASTM y de programa COREL en el tercer ensayo durante toda la
exposición excluyendo valores atípicos
y = 0,2702x - 6,7801 R² = 0,9841
y = 0,3736x - 10,48 R² = 0,9792
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
2do. Ensayo ASTM 2do. Ensayo COREL
Lineal (2do. Ensayo ASTM) Lineal (2do. Ensayo COREL)
y = 0,2623x - 0,1134 R² = 0,9884
y = 0,382x - 3,3556 R² = 0,9919
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
3er. Ensayo ASTM 3er. Ensayo COREL
Lineal (3er. Ensayo ASTM) Lineal (3er. Ensayo COREL)
104
En las figuras indicadas anteriormente se observa que los valores tanto de las
pendientes como del R2, no difieren significativamente de los determinados con
todas las mediciones, es decir sin excluir los valores atípicos. Esto permitió
comprobar que el uso de todos los valores medidos para realizar la evaluación de
las placas no aporta mayor error a los promedios obtenidos.
3.4.4. COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO
CORESPONDIENTE AL RECUBRIMIENTO COMERCIAL SUJETO A
ENSAYOS ACELERADOS DE DEGRADACIÓN CON LOS RESULTADOS DEL
ENSAYO DE CAMPO Y DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE DEGRADACIÓN
De los resultados de los ensayos de campo realizados en las tres estaciones el
que presentó mayor degradación fue el que se efectuó en la estación Capitanía
del Puerto con una valor de 0,65% de degradación.
Al analizar los ensayos acelerados se observa que este porcentaje de
degradación se lo obtiene durante las primeras 24 horas de exposición por lo que
para realizar una comparación se utilizó las evaluaciones con el programa COREL
PHOTO PAINT del segundo y tercer ensayo que son los que tienen mayor
número de observaciones en el rango mencionado y tienen mayor precisión.
En tendencias de degradación de los ensayos acelerados y del ensayo de campo
de las Figuras 3.41 y 3.42 se observa similitud entre el segundo ensayo y el
ensayo de campo, por lo que se compara estos dos ensayos detalladamente a
continuación.
105
Figura 3.41. Variación del porcentaje de degradación en función del tiempo de la evaluación realizada al segundo y tercer ensayo con el programa COREL durante las
primeras 24 horas de exposición
Figura 3.42. Variación del porcentaje de degradación en función del tiempo de la evaluación realizada al ensayo de campo del recubrimiento 5
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
0 5 10 15 20 25
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
2do. Ensayo COREL 3er. Ensayo COREL
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0 1 2 3 4 5 6 7
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
106
Para realizar la comparación se asignó al valor máximo de degradación obtenido
del ensayo de campo que es de 0,65% un tiempo de exposición de 21,96 el cual
está contenido en el ensayo acelerado; los otros meses de comparación se los
subdividió en periodos de 3,66; que es el resultado de dividir las 21,96 horas
totales para los 6 meses de exposición, estos datos se los grafica en la Figura
3.43.
Figura 3.43. Comparación de la velocidad de degradación del ensayo acelerado 2 con el ensayo de campo del recubrimiento 5
Al realizar el arreglo se observa mayor correspondencia entre los datos del
ensayo acelerado y los de campo, sin embargo existe cierta diferencia indicada en
la Tabla 3.14. la cual se calculó por medio de la diferencia obtenida entre el valor
de degradación obtenida en cada periodo del ensayo de campo y la degradación
correspondiente a ese periodo en el ensayo acelerado.
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
11,11,21,31,41,51,61,71,8
0 5 10 15 20 25
Po
rcen
taje
de
corr
osi
ón
Tiempo de exposición (h)
2do. Ensayo COREL Recubrimiento 5
107
Tabla 3.14. Resultados de la comparación de la degradación obtenidos en el ensayo de campo y en el ensayo acelerado
Tiempo de exposición [h]
% Degradación ensayo de campo
% Degradación del ensayo acelerado
Diferencia del % de degradación entre los
de ensayos
0 0,01 0 -0,01
3,66 0,02 0,1 0,08
7,32 0,07 0,2 0,14
10,98 0,20 0,28 0,08
14,64 0,20 0,32 0,12
18,3 0,20 0,36 0,16
21,96 0,65 0,65 0,00
Tabla 3.15. Factores de correlación del ensayo acelerado con el ensayo de campo
Tiempo de exposición [h]
Diferencia del % de degradación entre los
de ensayos
3,66 0,08
Los factores de correlación entre el ensayo acelerado y el ensayo de campo
indicados en la Tabla 3.15 se refieren a que 1 mes de exposición en campo
equivale a 3,66 horas de exposición en la cámara salina, y que del valor obtenido
de porcentaje de degradación en el ensayo acelerado se le resta 0,08%
obteniendo así la mayor degradación que se podría obtener en campo.
El valor 0,08% se asigna como factor de correlación entre el ensayo de campo y
el acelerado porque es la diferencia mínima encontrada entre la degradación en el
ensayo acelerado y el de campo no es igual acero o negativa; con esto se
asegura que la mayor cantidad de datos obtenidos en el ensayo acelerado
representen la mayor degradación que podría existir en campo.
La similitud hallada entre el ensayo de campo y el ensayo acelerado 2 se atribuye
a que probablemente las probetas utilizadas en estos ensayos tiene similitud en la
homogeneidad de la distribución de la película de recubrimiento en su superficie.
108
3.5. RESULTADOS DE LA DETERMINACIÓN DE LA VIABILIDAD
ECONÓMICA
3.5.1. PRECIO REFERENCIAL DEL RECUBRIMIENTO 1 QUE INCORPORA
PIGMENTO NANOPARTICULADO EN SU FORMULACIÓN
Del desglose del costo de producción del recubrimiento 1 colocados en la Tabla
3.16 se observa que la mayor cantidad de dinero se encuentra en el costo de
materia prima lo que se debe a que el pigmento nanoparticulado de dióxido de
titanio tiene alto valor en el mercado.
Tabla 3.16. Costo de producción de mil unidades (litro) del recubrimiento 1 fabricadas durante un mes
Costo de materia prima
($/mil unidades)
Costo de mano de obra
($/mil unidades)
Costos indirectos de fabricación
($/mil unidades)
5087,38 790,00 3410,98
Costo de producción ($/mil unidades)
9288,36
El precio de venta al público del recubrimiento 1 indicado en la Tabla 3.17 está
calculado en base al costo de producción el cual se dividió para el número de
unidades producidas y se estableció un margen de utilidad del 25% el cual está
basado en el costo de producción unitario y la competencia, puesto que un litro
del recubrimiento comercial cuesta alrededor del $ 5 y con el margen de utilidad
propuesto el recubrimiento 1 (TiO2 nano) tendría un precio cercano al doble del
comercial lo cual se compensa con la resistencia a la degradación que el
recubrimiento 1 provee.
109
Tabla 3.17. Precio de venta al público de cada litro del recubrimiento 1
Variable Valor
($ / unidad)
Costo de producción unitario 9,29
P.V.P. 11,61
3.5.2. COSTO DE APLICACIÓN DE LOS RECUBRIMIENTOS 1 Y 5 SOBRE
LÁMINAS DE ACERO AL CARBONO
Los costos de aplicación de los recubrimientos tomando en cuenta el rendimiento
especificado por el fabricante de 5 m2 por litro se colocan en la Tabla 3.18 de la
cual se observa que el mayor aporte al costo total es el de la aplicación.
Tabla 3.18. Costo de aplicación de los recubrimientos 1 y 5 por metro cuadrado de superficie
Recubrimiento Costo de recubrimiento ($/m2)
Costo de aplicación ($/m2)
Costo de aplicación total ($/m2)
Recubrimiento 1 (TiO2 nano)
2,42 4,77 32,39
Recubrimiento 5 (ZnS2O4+ Zn3(PO4)2)
“Comercial”
1,14 4,77 31,11
En la Tabla 3.19 se observa que a pesar que el recubrimiento nanoparticulado
tiene un costo mucho mayor que el recubrimiento comercial, el valor del metro
cuadrado de material recubierto con uno u otro sistema de pintura no difiere
excesivamente ya que los costos de material desnudo y de aplicación son
mayores a los de la pintura.
Tabla 3.19. Costo del material recubierto
Material Valor ($/m2)
Acero al carbono 25,19
Acero al carbono con el recubrimiento 1 32,39
Acero al carbono con el recubrimiento 5 31,11
110
3.5.3. ANÁLISIS DEL COSTO BENEFICIO DE APLICAR EL RECUBRIMIENTO
NANOPARTICULADO DE DIÓXIDO DE TITANIO
Los datos de costo de degradación indicados en la Tabla 3.20 muestran que a los
seis meses de exposición el costo asociado a la degradación del recubrimiento
comercial no alcanza al valor del costo de aplicar el recubrimiento
nanoparticulado. Sin embargo si se deseara restaurar el recubrimiento comercial
después de seis meses de exposición al valor de costo por degradación se le
sumaría el valor de costo de aplicación y del costo de recubrimiento que es de $
5,9, por lo que el costo total de restauración del recubrimiento sería de $ 37,17 el
cual supera en un 14% al costo de aplicación total del recubrimiento
nanoparticulado.
Tabla 3.20. Comparación del costo de los recubrimientos 1 y 5 asociado a los porcentajes de degradación
Mes de exposición
Recubrimiento 1 (TiO2 nano) Recubrimiento 5 (Comercial)
% Degradación Costo por
degradación ($) % Degradación
Costo por degradación ($)
0 0 32,39 0 31,11
1 0,01 32,39 0,02 31,12
2 0,01 32,39 0,07 31,13
3 0,01 32,39 0,2 31,17
4 0,01 32,39 0,2 31,17
5 0,01 32,39 0,2 31,17
6 0,01 32,39 0,65 31,31
111
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. CONCLUSIONES
§ Los recubrimientos que incorporan pigmentos de dióxido de titanio
(recubrimiento 1 y recubrimiento 3) presentaron excelente resistencia a la
degradación en las atmósferas industrial y marina de la ciudad de
Esmeraldas y la atmósfera subtropical de la ciudad de Santo Domingo, así
como en los ensayos de degradación acelerada.
§ La resistencia a la degradación de los recubrimientos que incorporan
pigmentos de dióxido de titanio (recubrimiento 1 y recubrimiento 3) durante
seis meses de exposición en todas la estaciones de ensayo en similar y
está alrededor del 0,02%.
§ La atmósfera marina fue la más agresiva para la mayoría de los
recubrimientos expuestos puesto que la presencia de iones cloruro en
dicha atmósfera promovió su degradación.
§ El aumento del porcentaje de pigmentos nanoparticulados contenidos en la
matriz polimérica incrementó la resistencia a la degradación de los
recubrimientos, así como su aglomeración, lo cual es un efecto no
deseado, aunque a pesar de ello la película de los recubrimientos fue
bastante compacta y lisa contrariamente a la película porosa formada en
los recubrimientos que incorporaron pigmentos de tamaño micro.
§ No existió migración de los pigmentos nanoparticulados de la matriz
polimérica en ninguna de las estaciones de ensayo ya que el efecto de
degradación por la radiación ultravioleta no fue muy significativo.
§ La degradación del recubrimiento que contiene dióxido de titanio
nanoparticulado se produjo por la disminución de los grupos CH2 y CH3
112
contenidos en la resina alquídica, la pérdida del material alifático
mencionado fue mayor en las condiciones de campo ya que las presencia
de contaminantes y de mayores concentraciones de oxígeno en la
atmósfera promovió la generación de grupos OH- y COOH-.
§ El recubrimiento que contiene pigmento nanoparticulado de óxido de zinc a
pesar de no de tener una elevada carga proveyó buena resistencia a la
degradación atmosférica e inclusive mayor a la observada en los
recubrimientos con pigmentos de tamaño micro que contiene pigmentos
anticorrosivos en su formulación (recubrimientos 4 y 5).
§ El recubrimiento 5 (comercial) tiene mejor resistencia a la degradación que
el recubrimiento 4 el cual contiene menor carga de pigmentos
anticorrosivos.
§ Los recubrimientos 4 y 5 (Zn3(PO4)2, comercial) presentan menor
resistencia a la degradación en la atmósfera marina con una aumento
significativo de la velocidad de degradación a partir de los tres meses de
exposición.
§ Los recubrimientos 4 y 5 (Zn3(PO4)2, comercial) forma una película porosa
la cual permite la deposición de materia orgánica y facilita el ingreso de los
agentes de corrosión hacia el sustrato.
§ El ensayo acelerado de degradación realizado en base al estándar ASTM
B117 degradó con mayor velocidad los recubrimientos que el ensayo
realizado en base al estándar ASTM G85-02 (Prohesion)
§ Las fallas inducidas (corte en X) realizadas en los recubrimientos
aumentaron significativamente la velocidad de corrosión del sustrato,
puesto que al no existir un recubrimiento protector la exposición del
sustrato a los agentes de corrosión fue directa.
113
§ En los recubrimientos la degradación del lado expuesto directamente a la
niebla difiere en gran magnitud a la del lado no expuesto, sin embargo el
comportamiento no es similar al obtenido en el lado no expuesto durante la
exposición en campo.
§ Las distribuciones de los conjuntos de datos resultado de la evaluación por
medio del estándar ASTM y del programa Corel Photo Paint del
recubrimiento comercial sujeto a los ensayos acelerados de corrosión
fueron asimétricas y presentaron varios valores atípicos y atípicos severos
los cuales normalmente se encontraron entre los cuartiles superiores lo que
indicó que el comportamiento anormal tiende hacia el incremento de la
degradación con respecto al valor medio.
§ La presencia de valores atípicos fue de carácter aleatorio, y se atribuyó
principalmente a que el análisis de apreciación visual de la degradación
estuvo sujeto al error aportado por el analista, fallas localizadas del
recubrimiento durante la aplicación y a la variación del espesor del
recubrimiento.
§ Los resultados de degradación en función del tiempo obtenidos para cada
uno de los ensayos de degradación acelerada del recubrimiento comercial
fueron mayores en la evaluación realizada con el programa Corel Photo
Paint que en la realizada con el estándar ASTM, además conforme
aumentó el tiempo de exposición aumentó la diferencia entre el valor
obtenido en las distintas evaluaciones.
§ Los distintos ensayos de degradación acelerada del recubrimiento
comercial mostraron tendencia lineal a partir de las 24 horas de exposición
y los valores de R al cuadrado de las regresiones obtenidas fueron
similares, lo que indica que en todas las evaluaciones realizadas a los
ensayos existió similar variabilidad de la degradación con respecto al
tiempo, además la velocidad a la cual se llevó a cabo la degradación en los
ensayos fue similar.
114
§ Se determinó dos factores de correlación entre el ensayo acelerado y el
ensayo de campo para el recubrimiento comercial, el uno referente al
tiempo donde: 1 mes de exposición en campo equivale a 3,66 horas de
exposición en la cámara salina, y el otro referente al porcentaje de
degradación donde: al porcentaje de degradación al ensayo acelerado se
le resta 0,08% y se obtiene el porcentaje de degradación en campo durante
los primeros seis meses de exposición.
§ Existió beneficio económico de utilizar el recubrimiento 1 que contiene
nanopartículas de dióxido de titanio para proteger superficies de acero al
carbono con respecto a utilizar recubrimientos comerciales formulados con
pigmentos anticorrosivos de tamaño micro.
4.2. RECOMENDACIONES
§ Mejorar el diseño de los pupitres porta probetas, ampliando los espacios en
los cuales se coloca las probetas con el fin de evitar daños en los
recubrimientos al realizar las evaluaciones mensuales.
§ Colocar la mayor cantidad de réplicas de cada recubrimiento posibles en
los ensayos de campo y evaluar por medio del estandar ASTM y del
programa informático, de tal manera que se disminuya al máximo el error
cometido en la apreciación visual.
§ Exponer los recubrimientos nanoparticulados a las distintas atósferas por
más de seis meses para obtener niveles de degradación apreciables y
lograr relacionarlos con los ensayos acelerados de corrosión.
§ Determinar mensualmente los espectros de infrarrojo de los
recubrimientos, puesto que este ensayo se lo puede realizar sin destruir la
probeta de ensayo.
115
§ Establecer una técnica que permita depositar espesores más homogéneos
del film del recubrimiento sobre las láminas de acero al carbono y realizar
ensayos de degradación variando el espesor del film.
§ Realizar ensayos variando el porcentaje de pigmentos nanoparticulados
contenidos en el recubrimiento así como los factores de velocidad, tiempo
de agitación y viscosidad de la matriz polimérica que determinan su
dispersión.
§ Realizar ensayos de degradación acelerada combinando los ensayos en
cámara salina y cámara de arco de xenón.
116
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120
ANEXOS
121
ANEXOS I
REGISTROS FOTOGRÁFICOS DE LOS RECUBRIMIENTOS
EXPUESTOS EN LOS ENSAYOS DE CAMPO
ESTACIÓN COLEGIO TELLO (ATMÓSFERA INDUSTRIAL)
Recubrimiento 1 (TiO2 nano)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 10 10 10
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 10 10 10
Figura AI.1. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 1 en el Colegio Tello
122
ESTACIÓN COLEGIO TELLO (ATMÓSFERA INDUSTRIAL)
Recubrimiento 2 (ZnO nano)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 6 S 7 G 6 S
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 8 G 8 G 6 G
Figura AI.2. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 2 en el Colegio Tello
123
ESTACIÓN COLEGIO TELLO (ATMÓSFERA INDUSTRIAL)
Recubrimiento 3 (TiO2 micro)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 10 10 10
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 10 10 10
Figura AI.3. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 3 en el Colegio Tello
124
ESTACIÓN COLEGIO TELLO (ATMÓSFERA INDUSTRIAL)
Recubrimiento 4 (Zn3(PO4)2)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 8 G 7 G 8 G
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 7 P 6 P 7 P
Figura AI.4. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 4 en el Colegio Tello
125
ESTACIÓN COLEGIO TELLO (ATMÓSFERA INDUSTRIAL)
Recubrimiento 5 (ZnS2O4+ Zn3(PO4)2) – Comercial
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 5 G 5 G 6 P
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 6 P 5 P 5 P
Figura AI.5. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 5 en el Colegio Tello
126
ESTACIÓN COLEGIO TELLO (ATMÓSFERA INDUSTRIAL)
Recubrimiento 6 (Resina)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 0 0 0
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 2 G 0 0
Figura AI.6. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 6 en el Colegio Tello
127
ESTACIÓN CAPITANÍA DEL PUERTO (ATMÓSFERA MARINA)
Recubrimiento 1 (TiO2 nano)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 9 S 8 G 8 S
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 8 G 8 G 9 G
Figura AI.7. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 1 en la Capitanía del Puerto
128
ESTACIÓN CAPITANÍA DEL PUERTO (ATMÓSFERA MARINA)
Recubrimiento 2 (ZnO nano)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 7 G 7 G 7 G
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 7 G 8 G 7 G
Figura AI.8. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 2 en la Capitanía del Puerto
129
ESTACIÓN CAPITANÍA DEL PUERTO (ATMÓSFERA MARINA)
Recubrimiento 3 (TiO2 micro)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 9 G 9 S 9 P
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 9 S 9 S 9 P
Figura AI.9. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 3 en la Capitanía del Puerto
130
ESTACIÓN CAPITANÍA DEL PUERTO (ATMÓSFERA MARINA)
Recubrimiento 4 (Zn3(PO4)2)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 7 G 7 G 7 G
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 7 G 7 G 6 G
Figura AI.10. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 4 en la Capitanía del Puerto
131
ESTACIÓN CAPITANÍA DEL PUERTO (ATMÓSFERA MARINA)
Recubrimiento 5 (ZnS2O4+ Zn3(PO4)2) – Comercial
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 6 P 6 P 6 P
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 6 G 5 G 5 G
Figura AI.11. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 5 en la Capitanía del Puerto
132
ESTACIÓN CAPITANÍA DEL PUERTO (ATMÓSFERA MARINA)
Recubrimiento 6 (Resina)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 0 0 0
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 0 0 0
Figura AI.12. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 6 en la Capitanía del Puerto
133
ESTACIÓN SANTO DOMINGO (ATMÓSFERA SUBTROPICAL)
Recubrimiento 1 (TiO2 nano)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 8 S 9 S 9 S
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 9 P 9 P 9 P
Figura AI.13. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 1 en Santo Domingo
134
ESTACIÓN SANTO DOMINGO (ATMÓSFERA SUBTROPICAL)
Recubrimiento 2 (ZnO nano)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 8 S 8 P 8 S
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 7 G 7 G 7 S
Figura AI.14. Fotografías y grados de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 2 en Santo Domingo
135
ESTACIÓN SANTO DOMINGO (ATMÓSFERA SUBTROPICAL)
Recubrimiento 3 (TiO micro)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 8 S 9 S 9 S
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 8 G 8 P 8 P
Figura AI.15. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 3 en Santo Domingo
136
ESTACIÓN SANTO DOMINGO (ATMÓSFERA SUBTROPICAL)
Recubrimiento 4 (Zn3(PO4)2)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 7 P 7 P 8 P
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 8 P 8 P 7 P
Figura AI.16. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 4 en Santo Domingo
137
ESTACIÓN SANTO DOMINGO (ATMÓSFERA SUBTROPICAL)
Recubrimiento 5 (ZnS2O4+ Zn3(PO4)2) – Comercial
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 6 P 6 P 5 P
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 5 P 6 P 6 P
Figura AI.17. Fotografías y grado de corrosión del blanco y las probetas después de seis
meses de exposición del recubrimiento 5 en Santo Domingo
138
ESTACIÓN SANTO DOMINGO (ATMÓSFERA SUBTROPICAL)
Recubrimiento 6 (Resina)
Lado Anterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 0 0 0
Lado posterior
Blanco Después de seis meses de exposición
Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3
Grado de corrosión según el estándar ASTM D610
10 0 0 0
Figura AI.18. Fotografías y grado de corrosión entre el blanco y las probetas después de
seis meses de exposición del recubrimiento 6 en Santo Domingo
139
ANEXOS II
ESPECTROS DE INFRAROJO DE LOS RECUBRIMIENTOS
ANALIZADOS
Figura AII.1. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, sin exposición
(Almeida, 2011, p.140)
Figura AII.2. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, expuesto en la estación Colegio Tello
140
Figura AII.3. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, expuesto en la estación Capitanía del Puerto
Figura AII.4. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, expuesto en la estación Santo
Domingo
141
Figura AII. 5. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, comparación del blanco (color negro), con el expuesto al ensayo en cámara de arco de xenón (color azul)
(Almeida, 2011, p.140)
Figura AII.6. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 6, sin exposición (Almeida, 2011, p.140)
142
Figura AII.7. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 6, expuesto en la estación Colegio Tello
Figura AII.8. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 6, expuesto en la estación Capitanía del Puerto
143
Figura AII.9. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 6, expuesto en la estación Santo
Domingo
Figura AII.10. Espectro de infrarrojos del recubrimiento 1, comparación del blanco (color negro), con el expuesto al ensayo en cámara de arco de xenón (color azul)
(Almeida, 2011, p.140)
144
ANEXO III
CALCULOS DE LA DETERMINACIÓN DE LA VIABILIDAD
ECONÓMICA DE RECUBRIR PLANCHAS DE ACERO AL
CARBONO CON EL RECUBRIMIENTO QUE CONTIENE
PIGMENTO DE DIÓXIDO DE TITANIO NAPARTICULADO
Para obtener el precio referencial de la pintura que contiene pigmento
nanoparticulado se utilizó los costos de materia prima referenciales indicados en
la Tabla AIII.1., los costos indirectos de fabricación colocados en la Tabla AIII.2. y
los costos de mano de obra se observan en la Tabla AIII.3.
La fracción del precio de cada componente indicado en la Tabla AIII.1. se calculó
multiplicando el precio de cada componente por el porcentaje de concentración en
peso.
Tabla AIII.1. Costos de materia prima
Componente Concentración
(% en peso)
Precio Componente
($/g)
Fracción del
precio Referencia
Resina alquídica de soya de cadena larga
25,90% 0,0130 0,00337 (Alibaba Group, 2013)
Dióxido de titanio nanoparticulado
18,47% 0,0031 0,00057 (Alibaba Group, 2013)
Solvente 55,63% 0,0012 0,00067 (Alibaba Group, 2013)
Los porcentajes de concentración descritos de materia prima, corresponden a los
datos de la composición del recubrimiento, donde se asume que este está
compuesto por resina, pigmentos y el solvente que en este caso es el thiner.
Para obtener los costos indirectos de fabricación se asume que se van a producir
mil litros del recubrimiento, los cuales serán vendidos en tarros de 1 litro, además
que se elaborará la pintura en un local arrendado y la producción y
comercialización estará a cargo de un obrero y un gerente.
145
Tabla AIII.2. Costos indirectos de fabricación
Datos Unidades Costo ($/ mes) Referencia
Agua --- 5 Factura EMAP
Tarros de litro (lata) 1000 500 (Alibaba Group, 2013)
Balanza 1 19,98 (Alibaba Group, 2013)
Etiqueta 1000 60 (Alibaba Group, 2013)
Agitador 1 2000 (Alibaba Group, 2013)
Mesclador 1 550 (Alibaba Group, 2013)
Caneca 50 galones 2 40 (Alibaba Group, 2013)
Luz --- 30 Factura EEQ
Teléfono --- 6 Factura Movistar
Arriendo --- 200 ----
Tabla AIII.3. Costos de mano de obra
Personal Costo ($/mes)
Obrero 340,00
Gerente 450,00
Los costos de producción fueron calculados a partir de los datos de costos de
materia prima, costos indirectos de fabricación y los costos de mano de obra
indicados en la Tabla AIII.4., asumiendo que se produjo mil litros de recubrimiento
durante un mes; igualmente se calculó el precio de venta al público del
recubrimiento a partir de los costos de producción y tomando en cuenta una
utilidad base del producto igual al 25% del costo de producción.
A continuación se detalla los cálculos realizados para obtener los diferentes
costos:
§ Costos de materia prima, si la densidad de la pintura es de 1103 g/l: El
precio total de la pintura en $ por g es igual a la sumatoria de las fracciones
del precio colocadas en la Tabla AIII.1, y al multiplicar por la densidad y las
146
mil unidades producidas al mes se tiene el valor total de 5087,38 $/mil
unidades.
§ Costos indirectos de fabricación: Es igual a la sumatoria de los costos
indirectos colocados en la Tabla AIII.2.
§ Costos de mano de obra: Es igual a la suma de los costos de mano de
obre indicados en la Tabla AIII.3.
Tabla AIII.4. Costo de producción de mil unidades (litros) del recubrimiento 1 fabricadas durante un mes
Costo de materia prima
($/mil unidades)
Costo de mano de obra
($/mil unidades)
Costos indirectos de fabricación
($/mil unidades)
5087,38 790,00 3410,98
Costo de producción
($/mil unidades) 9288,36
El costo de producción es igual a la suma de los costos de materia prima, mano
de obra y costos indirectos de fabricación.
Tabla AIII.5. Precio de venta al público de cada litro del recubrimiento 1 (TiO2 nano)
Variable Valor
($ / unidad)
Costo de producción unitario 9,29
P.V.P. 11,61
El precio de venta al público para el recubrimiento 1 indicado en la Tabla AIII.5 se
calculó estableciendo primeramente el costo de producción unitario que resulta de
dividir los cotos de producción para mil unidades.
Una vez determinado el costo de producción unitario se aumentó el margen de
utilidad que es del 25% y se obtuvo del precio de venta al público (P.V.P).
147
Se calculó el costo de aplicación del recubrimiento por metro cuadrado de
superficie, a partir de los datos obtenidos de costo de los insumos utilizados en la
aplicación del recubrimiento descritos en la Tabla AIII.6. y de los datos del costo
de aplicación colocados en la Tabla AIII.7.
Para aplicar el recubrimiento con soplete es necesario mezclarlo con thiner laca
en una relación de 3:1 tal como lo especifica el fabricante, por lo que para
preparar un litro de recubrimiento aplicable fue necesario solo utilizar el 250 ml de
thiner laca lo cual equivale a $ 0,5.
Tabla AIII.6. Costos de los insumos utilizados en la aplicación del recubrimiento
Insumo Cantidad Unidad Costo
($ /unidad) Referencia
Pintura comercial Anticorrosiva
1 Litro 5,22 (Alibaba Group, 2013)
Tinher laca 1 Litro 2 (Alibaba Group, 2013)
Plancha de acero al carbono
2,98 Metro
cuadrado 75 (Alibaba Group, 2013)
Los costos de aplicación del recubrimiento se calcularon tomando en cuenta que
se requiere una persona para realizar la tarea la cual gana una remuneración
básica unificada de $ 340 al mes los cual equivale a $ 2,13 la hora si trabaja 20
días al mes durante 8 horas al día. El proceso de aplicación siguió las etapas
descritas a continuación:
1. Preparación de la superficie.
2. Preparación del recubrimiento.
3. Aplicación del recubrimiento.
4. Tiempo de espera después de la aplicación.
5. Segunda aplicación.
Para cada etapa del proceso de aplicación se multiplico el tiempo que se demora cada subproceso por el costo hora que implica o su fracción correspondiente.
148
Tabla AIII.7. Costos de aplicación del recubrimiento
Etapa Duración (min) Costo ($/h)
Preparación de superficie 60 2,13
Preparación de pintura 10 0,33
Aplicación de pintura 5 0,16
Tiempo de espera 60 1,99
Segunda Aplicación 5 0,16
Los costos de aplicación de los recubrimientos tomando en cuenta el rendimiento
especificado por el fabricante de 5 m2 por litro se colocan en la Tabla AIII.8.
Para obtener el costo del recubrimiento se divide el costo de la pintura para el
rendimiento en cada uno de los casos, el costo de aplicación es el mismo para
ambos casos y es igual a la suma de los costos especificados en la Tabla AIII.7. y
el costo de aplicación total es igual a la suma de costo del recubrimiento y el costo
de aplicación.
Tabla AIII.8. Costo de aplicación de los recubrimientos 1 y 5 por metro cuadrado de superficie
Recubrimiento Costo de recubrimiento
($/m2)
Costo de aplicación
($/m2)
Costo de aplicación total
($/m2)
Recubrimiento 1
(TiO2 nano)
2,42 4,77 32,39
Recubrimiento 5
(ZnS2O4+ Zn3(PO4)2) “Comercial”
1,14 4,77 31,11
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